DE68921234T2 - Vakuum-Bearbeitungsreaktor. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ätzreaktor mit Magnetfeldverstärkung, der sowohl für die Plasmaätzung als auch für die Plasmaätzung nach dem reaktiven Ionenätzmodus (RIE) sowie für zugehörige Prozesse zum Ätzen von Halbleiter-, Leiter- und dielektrischen Materialien geeignet ist.
• In den letzten Jahren führte der Trend zu immer größeren Vorrichtungsdichten und kleineren Minimalgrößen sowie kleineren Trennungen bei integrierten Schaltungen dazu, daß die IC- Herstellungstechnologie von der nassen chemischen Ätztechnologie zur trockenen oder Plasmaätztechnologie überging.
• Zum Stand der Technik gehören wenigstens drei Arten von Plasmaätzsystemen. Fig. 1 zeigt ein chemisches Mehrfachwafer- Plasmaätzsystem 10 mit Parallelplatten, das eine geschlossene Reaktionskammer 11 mit einem Anschluß 12 an eine Vakuumpumpe zum teilweisen Evakuieren des Innenraums der Kammer und eine Gaszuführung 13 zum Zuführen des reaktiven Gases zur Kammer über eine Ventil-Leitungs-Anordnung 14 aufweist. Das System 10 hat eine Energiequelle 16, die eine Kathodenanordnung 17 mit HF-Energie versorgt und eine geerdete Anode 18 benutzt. Die Wafer 19 sind auf der geerdeten Anode 18 angeordnet, die sich bezüglich der Kathode 17 in einer Parallelplattenanordnung erstreckt. Der Anschluß an die Vakuumpumpe ist so ausgestaltet, daß die reaktiven Gase in den Bereich zwischen der Anode 18 und der Kathode 17 gesaugt werden, um das von der HF-Energie gebildete und der Kathode 17 zugeführte reaktive Gasplasma einzuschnüren.
• Fig. 2 zeigt ein Plasmaätzsystem 20, das nach dem reaktiven Ionenätzmodus mit Parallelplatte arbeitet, eine im wesentlichen geschlossene Reaktionskammer 21 mit einem Anschluß 22 für eine Vakuumpumpe zum teilweisen Evakuieren des Innenraums der Kammer, eine Gaszuführung 23 zum Zuführen des reaktiven Gases zu der Kammer über eine ventilgesteuerte Leitungs-Anordnung 24, eine HF-Energieversorgung 26, die HF-Energie einer Kathodenanordnung 27 zuführt, und eine an Masse gelegte Anode 28 aufweist. Im Gegensatz zum Plasmasystem 10 von Fig. 1 sind die Wafer 19 bei dem reaktiven Ionenätzsystem 20 auf der Kathode 27 angeordnet, die gegenüber der Anode 28 abgeschirmt und von ihr getrennt ist.
• Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres RIE-Modus-Ätzsystem 30, das, wie die Reaktoren 10 und 20, dem Handel durch Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien, zur Verfügung gestellt wird. Das System 30 hat eine zylindrische Reaktionskammer 31, eine sechseckige Kathode 37, die an eine HF-Versorgung 36 angeschlossen ist, und eine Auslaßöffnung 32, die mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Die Wände der Reaktionskammer 31 und die Basisplatte 38 bilden die an Masse gelegte Anode des Systems. Die Gaszuführung 33 in die Kammer 31 erfolgt durch die Öffnung 34 und eine Leitung 35 zu einem Gasverteilerring 41 an der Oberseite der Kammer.
• Das Parallelplatten-Plasmasystem 10 ist ein System mit relativ hohem Druck, das in einem Druckbereich von 100 Millitorr (1 Millitorr = 1,333 x 10&supmin;&sup6; bar) bis mehrere Torr (1 Torr = 1,333 x 10&supmin;³ bar) arbeitet und somit einen wesentlichen Durchsatz an reaktiven Gasen in das System hat. Im Gegensatz dazu arbeiten die reaktiven Ionenätzsysteme 20 und 30 bei niedrigem Druck im Bereich von 1 bis 100 Millitorr und verwenden somit wesentlich geringere Gasdurchsätze. Bei den reaktiven Ionenätzsystemen 20 und 30 haben aktivierte Ionenspezies in der Nähe der Kathode eine hohe inhärente Ausrichtung senkrecht zur Kathode und den darauf angeordneten Wafern. Durch Verwendung von Hochfrequenz-HF-Energie mit einigermaßen bedeutenden Leistungspegeln sind die Ätzgeschwindigkeiten in den Systemen 20 und 30 trotz der relativ niedrigen Konzentration der aktivierten Spezies gesteigert, da der Impuls der Ionen, die frei liegende Materialbereiche auf der Waferoberfläche bombardieren, die chemische Reaktion zwischen den aktivierten Spezies und dem zu ätzenden Material steigert. Ferner beherrscht die mechanische Ionenbombardementätzkomponente, die in hohem Maße ausgerichtet ist, die mehr isotrope chemische Komponente und prägt den Ätzcharakteristika des Systems eine hohe Anisotropie auf. Demzufolge werden RIE-Modus-Systeme, wie das System 20, zum Ätzen von sehr kleinen Formen, wie Nuten und Gräben in VLSI- und ULSI-Schaltungen, bevorzugt.
• Für Auslegung und Auswahl von im Handel gebräuchlichen RIE- Modus-Ätzreaktoren sind folgende Faktoren und Forderungen wesentlich. Erstens muß der RIE-Modus-Reaktor bestimmten Prozeßanforderungen, wie Direktionalität, Selektivität, Gleichförmigkeit, Durchsatz, niedrige Teilchenpegel, usw. genügen, um akzeptable Vorrichtungsfertigungserträge zu erreichen. Zweitens möchte man, daß der RIE-Modus-Ätzreaktor nur eine geringe oder keine Wartung benötigt, indem beispielsweise eine Fähigkeit der In-Situ-Selbstreinigung eingeschlossen wird. Zu weiteren erwünschten Eigenschaften gehören die Anpaßbarkeit an die Werks- und Reaktorautomatisierung, eine kleine Reaktorgröße und niedrige Fertigungskosten.
• Die letztere Gruppe von Faktoren würde dazu führen, den Einsatz von Einzelwafersystemen gegenüber Chargensystemen zu favorisieren, wobei andere Faktoren gleich sind. Darüberhinaus sind Einzelwafersysteme zweckmäßiger für eine Prozeßentwicklung (es wird nur ein teurer Wafer für jeden Prozeßablauf benutzt) und weisen keine Probleme bezüglich Wafer-zu-Wafer- Gleichförmigkeit in der Charge auf.
• Die Einzelwafer-RIE-Systeme müssen gewöhnlich jedoch bei hohen Drucken (> 200 Millitorr) sowohl beim Plasmamodus als auch beim RIE-Modus arbeiten, um die Ätzgeschwindigkeit und den Durchsatz zu steigern. Weiter verringert der Hochdruckbetrieb die Direktionalität und Selektivität und macht es schwierig, den Genauigkeitsanforderungen der VLSI- und ULSI-Vorrichtungsfertigung zu genügen. Wie es gewöhnlich der Fall ist, sind andere Dinge nicht gleich, und um einen kommerziell lebensfähigen hohen Durchsatz sowie akzeptable Ausrichtungs- und Selektivitätseigenschaften zu erhalten, sind die meisten RIE- Modus-Ätzvorrichtungen, einschließlich der Ätzvorrichtungen 20 und 30 gemäß Fig. 2 und 3, im Chargenbetrieb bei niedrigem Druck arbeitende Reaktoren.
• In Fig. 4 ist ein Einzelwafer-RIE-Modus-Ätzreaktor 40 gezeigt, der gegenüber dem oben beschriebenen Stand der Technik eine Ausnahme bildet. Das RIE-Modus-Plasmaätzsystem 40 mit Magnetfeldverstärkung ist das in dem parallelen gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 4 668 338 beschriebene mit dem Titel "magnetronverstärktes Plasmaätzverfahren" ("Magnetron-Enhanced Plasma Etching Process"), das am 26. Mai 1987 im Namen der Erfinder Dan Maydan et al. erteilt wurde. Das System 40 ist eine Modifizierung des magnetfeldverstärkten CVD-Abscheidungssystems, das in dem parallelen gemeinsam übertragenen US- Patent Nr. 4 668 365 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren für magnetronverstärkte, plasmagestützte chemische Dampfabscheidung" ("Apparatus and Method for Magnetron-Enhanced Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition") geoffenbart ist, das ebenfalls am 26. Mai 1987 im Namen der Erfinder Foster et al. erteilt wurde. Der RIE-Modus-Ätzreaktor 40 verwendet eine magnetfeldverstärkte Ätzung, um eine relativ hohe Ätzgeschwindigkeit trotz Verwendung eines relativ niedrigen Drucks zu erreichen, und kann deshalb einen hohen Durchsatz vorweisen, ohne Ausrichtung bzw. Direktionalität und Selektivität oder umgekehrt aufzugeben. Der RIE-Modus-Ätzreaktor 40 verringert auch die inhärente Ätzungleichförmigkeit, die sich aus der Interaktion zwischen dem Magnetfeld und dem Plasma in den magnetfeldverstärkten RIE-Systemen ergibt.
• Das System 40 hat eine zylindrische Vakuumkammer 43 aus rostfreiem Stahl. In der Kammer 43 ist auf isolierenden Stützen (nicht gezeigt) eine Flanschkathodenanordnung 42 angebracht. Die Kathode 42 ist gewöhnlich polygonal und hat nichtmagnetische Reflektorendabschnitte 44A (Fig. 5), die aus leitendem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium hergestellt sind. Äußere Endabschnitte 44B bestehen aus einem Material wie Maycor -Isoliermaterial. Für den Plasmabetrieb wird die Energie von einem HF-System 46, üblicherweise einem 13,6 MHz- System zugeführt, das ein HF-Netzwerk für die Energiezufuhr und die Leistungsanpassung aufweist und mit der Kathode 42 verbunden ist. In dem Innenraum der Kammer 43 wird ein Reaktionsteilnehmergas durch ein oder mehrere Einlaßrohre oder Ringverteiler 47 einem Gasversorgungsystem 48 aus Gasspeichertanks/Vorratsgefäßen 49-49 zugeführt.
• Durch Einrichtungen 51, wie Stützen oder Klemmen, auf der Seite der Kathode werden Halbleiterwafer 55 gehalten. Wie durch Pfeile 52 gezeigt ist, strömt das Reaktionsteilnehmergas über die Substratoberfläche und dann über eine oder mehrere Abführauslässe 53 zu einer mechanischen Pumpe (nicht gezeigt) über ein Vakuumventil und ein Rootsgebläse.
• Am Umfang um die Kammer 43 herum in der Nähe ihrer Oberseite und Unterseite sind Elektromagnete 54 und 56 angeordnet, die gewöhnlich aus Kupferlegierungen bestehen. Die Elektromagneten bilden Nord- und Südpole, die durch Umkehrung des Wicklungsstroms reversierbar sind.
• Während des RIE-Modus-Plasmaätzbetriebs des Reaktorsystems 40 wird gemäß Fig. 4 ein ausgewähltes Ätzgas oder eine ausgewählte Ätzgasmischung aus der Gaszuführung über die Einlaßrohre 52-52 in die Reaktionskammer 43 eingeführt, die durch das Abführpumpsystem evakuiert wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, erzeugt das Anlegen von HF-Energie über die Energieversorgung 46 in der Nähe der Halbleiterwafer 55 eine Reaktionsgasentladung oder ein Reaktionsgasplasma 57 von Elektronen, Ionen und dissoziierten Spezies mit niedrigem Druck. Über die Plasmaabschirmung oder den Dunkelraum, der von dem Ätzplasma mit positivem Potential zu der Oberfläche 58 des Elektrodenmittenabschnitts hin gerichtet ist, wird ein elektrisches Feld E ausgebildet. Dieses Feld beschleunigt Elektronen quer über der Hülle weg von der Elektrodenoberfläche und beschleunigt positive Ionen quer über die Hülle zu der Elektrode und dem Wafer 55 hin, wodurch die ausgerichtete Ionenbombardementätzkomponente bereitgestellt wird, die für das RIE-Modus-Plasmaätzen charakteristisch ist.
• Das umkehrbare Magnetfeld 13 gemäß Fig. 5 liegt an der Kammer 43 parallel zu den Substraten 55 und senkrecht zu dem elektrischen Feld E an, um die Charakteristika des Ätzprozesses zu steuern. Die Elektronen werden durch die Magnetfeldlinien eingeschnürt, die verhindern, daß sich Elektronen leicht von der Kathodenfläche 58 zur Anode 53 bewegen. Weiterhin geben das magnetische Feld und das elektrische Feld den Elektroden eine E x B-Driftgeschwindigkeit, so daß sie zum Driften und zum Bewegen von einem Punkt zum anderen längs der Kathodenoberfläche neigen. Die Elektronen sind in einem Band konzentriert, das längs der Kathode und längs des Substrats eine Eigendriftgeschwindigkeit hat. In Verbindung mit den Endreflektoren 44A führt die E x B-Driftgeschwindigkeit zum Einschnüren der Elektronen in dem Plasma.
• Wie erwähnt besteht ein inhärentes Gleichförmigkeitsproblem aufgrund der Interaktion zwischen dem Magnetfeld und dem Plasma in magnetfeldverstärkten Reaktoren. Die Plasmadichte ist stromab in E x B-Richtung höher, was eine höhere Ätzgeschwindigkeit ergibt. Gemäß Fig. 5 und gemäß der Teilquerschnittsansicht der Kathode 42 der Ätzvorrichtung 40 von Fig. 4 ist die Ätzgeschwindigkeit am Ende oder auf der Seite des Wafers größer, die der positiven Seite des Magnetfelds entspricht. Eine Umkehrung des Stroms durch die zwei zylindrischen Winklungen 54 und 56 (Fig. 4) dreht die Richtung des Magnetfelds über dem Wafer zu B' um. Dadurch wird der Plasmastrom umgekehrt, so daß die höhere Ätzgeschwindigkeit auf das gegenüberliegende Ende 59 des Wafers umgeschaltet wird. Durch Umkehrung des Magnetfelds wird die inhärente Ätzungleichförmigkeit partiell dadurch kompensiert, daß die Ätzgeschwindigkeit und die Gesamtätzung über dem Wafer längs der Richtung des statischen Felds gemittelt werden.
• Bei anderen magnetfeldverstärkten RIE-Ätzvorrichtungen wird versucht, die Ätzungleichförmigkeit durch Verwenden unterschiedlicher Maßnahmen auf ein Minimum zu reduzieren. Als eine Annäherung werden beispielsweise Permanentmagnete unter dem Wafer angebracht, um das Magnetfeld bereitzustellen, wobei die Magnete mechanisch bewegt werden, um das Feld zu "verschmieren". Diese Annäherung löst jedoch das Ungleichförmigkeitsproblem nicht wirklich, weist potentielle mechanische Probleme auf und gibt keine einstellbare Magnetfeldstärke. Eine zweite uns bekannte Annäherung verwendet ebenfalls feststehende Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfelds und sehr niedrige Drucke, um die Ungleichförmigkeit auf ein Minimum zu reduzieren.
• Zur Zusammenfassung des Standes der Technik ist festzustellen, daß derzeit in den meisten kommerziellen Plasmaätz- und RIE- Modus-Plasmaätzreaktoren Chargenreaktoren, wie die oben beschriebenen 10, 20 und 30, eingesetzt werden. Die Chargenreaktoren behandeln eine relativ große Anzahl von Wafern auf einmal und liefern somit einen relativ hohen Durchsatz. Einzelwaferreaktoren haben jedoch gewisse Vorteile, die oben beschrieben wurden, wie ihre Anpaßbarkeit an Automation, kleine Größe, niedrige Herstellungskosten und keine Probleme bezüglich Wafer-zu-Wafer-Gleichförmigkeit in der Charge, was solche Reaktoren, insbesondere für das Ätzen großer teurer Wafer, wie Wafer mit Durchmessern von 6 Zoll oder 8 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm), attraktiv macht. Unglücklicherweise wurde in der Vergangenheit durch zusammenhängende Probleme mit Ätzgeschwindigkeiten, Durchsatz, Direktionalität/Selektivität und Gleichförmigkeit innerhalb des Wafers die volle Nutzung potentieller Vorteile des Einzelwaferätzens verhindert.
• Auf eine Anzahl von Patentschriften sollte außerdem Bezug genommen werden, darunter die ältere EP-A-323 620 und die EP- A-272 142, die jeweils weitere reaktive Ätzkammern beschreiben, und auch auf die EP-A-173 583, die US-A-4 542 298 und die EP-A-205 142, die zum Stand der Technik gehörende Abwandlungen solcher Reaktoren offenbaren.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Einzelwafer- Ätzreaktor bereitzustellen, der sowohl hohe Ätzgeschwindigkeiten als auch eine große Ätzgleichförmigkeit hat und zusätzlich den übrigen Prozeßanforderungen genügt.
• Dieses Ziel wird durch den Vakuumbearbeitungsreaktor nach Anspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Merkmale dieses Reaktors werden durch die Unteransprüche deutlich.
• Der Ätzreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Fähigkeit der Selbstreinigung in situ. Weiterhin bietet der Reaktor die Möglichkeit einer internen automatischen Waferhandhabung und läßt sich zudem ohne weiteres mit externen Waferwechselrobotern kombinieren.
• Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen deutlich.
• Die Erfindung stellt einen Ätzreaktor, der gemäß einem Aspekt einerseits ein Gehäuse aufweist, das eine Vakuumkammer zum Behandeln eines Wafers bildet, mit einer Elektrodenanordnung mit einer konvexen Oberfläche zum Tragen eines Wafers in einer gewölbten Ausbildung parallel zu der Elektrodenoberfläche; mit einem Gasverteilungssystem mit einem Gasverteiler, welcher nahe angrenzend an der Elektrodenoberfläche zum Zuführen von reaktivem Gas zur Kammer angeordnet ist; mit einer Einrichtung zum Anlegen von Hochfrequenzenergie an die Kammer zur Erzeugung eines reaktiven Ätzgasplasmas aus dem reaktiven Gas zwischen der Elektrode und dem Verteiler; und mit einer Einrichtung zum Anlegen eines elektrisch gesteuerten Gleichstrommagnetfeldes parallel zu der Wafertragfläche der Elektrode bereit, dessen Größe und Richtung selektiv variiert werden, um ein gleichförmiges Ätzen eines auf der Elektrode angeordneten Wafers zu gewährleisten.
• Das Magnetfeld wird von zwei oder inehr Paaren von Elektromagneten, die auf gegenüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet sind, um getrennte Magnetfelder über dem Wafer zu erzeugen, und von Rechnereinrichtungen bereitgestellt, um den Strom in den einzelnen Elektromagneten zu steuern, so daß die Größe und die Winkelausrichtung des resultierenden Magnetfeldvektors unabhängig gesteuert werden. Insbesondere können sowohl die Größe und/oder die Richtung des Magnetfelds, das von dieser paarweisen Elektromagnetausgestaltung bereitgestellt wird, verzögerungsfrei geändert werden. Das Feld kann um den Wafer mit einer geringen Geschwindigkeit von wenigen Zyklen pro Minute abgestuft werden, um ein gleichförmiges Ätzen mit hohen Drucken ohne Wirbelstromverluste bereitzustellen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird Gas zwischen dem Wafer und der Elektrode mit einem Druck zugeführt, der größer als der Kammerdruck ist, um die gleichförmige Wärmeleitung von dem Wafer zu der Elektrode zu steigern, die vorzugsweise flüssigkeitsgekühlt ist. Eine Klemmringeinrichtung ist vorgesehen, um den Wafer elastisch an die Elektode zu klemmen. An dem Klemmring und dem Gasverteiler können Schutzüberzüge oder -abdekkungen aus einem Material, wie beispielsweise Quarz, vorgesehen sein. Die Wafertragfläche der Elektrode hat eine kuppelförmige oder konvexe Krümmung. Wenn also dieser Wafer an die Elektrode geklemmt wird, wird der Wafer in die gewölbte Oberflächenausbildung der Elektrode gebogen und verläuft nahe parallel zu der Oberfläche der Elektrode. Dieser gesteuerte parallele nahe Abstand zwischen dem gewölbten Wafer und der Elektrode wird beibehalten, wenn das Wärmeübertragungsgas zwischen dem Wafer und der Elektrode zugeführt wird. So werden eine gleichförmige Wärmeübertragung über die gesamte Oberflache des Wafers zu der Elektrode und folglich gleichförmige Behandlungsmerkmale wie Ätzgeschwindigkeit über den Wafer ermöglicht. Diese gasverstärkte Elektrodenflüssigkeitskühlung ermöglicht den Einsatz sehr hoher Leistungsdichten zum Zwecke der Steigerung der Ätzgeschwindigkeit und der Plasmasteuerung, während der Wafer auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird, was die Profilkontrolle erleichtert und ein Phänomen, wie schwarzes Silizium, unterbindet.
• Eine Waferwechseleinrichtung mit einer Gruppe von beweglichen Stiften, die sich durch Löcher in der Elektrodenanordnung erstrecken, wird verwendet, um den Wafer auf der Elektrodenanordnung zu positionieren und den Wafer zu entfernen.
• Der Reaktor hat ferner eine Durchführvorrichtung zum Koppeln des Elektrodenwärmeübertragungskühlgases mit niedrigem Druck mit der HF-gespeisten Elektrodenanordung ohne Durchschlag. Die Durchführvorrichtung hat ein Gehäuse mit einem Gaseinlaß zur Aufnahme des Kühlgases und einen im Abstand angeordneteten Gasauslaß, der mit der Elektrode verbunden ist. Das Gehäuse hat ferner ein Paar von innen befindlichen, in geringem Abstand angeordneten, mit Öffnungen versehenen Platten, die sich quer über den Weg des Gases erstrecken, wobei die Platte auf der Auslaßseite des Gasstroms zusammen mit dem Sockel und die Einlaßseitenplatte mit dem Massesystem verbunden ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Heizeinrichtung, wie eine elektrische Widerstandsheizeinheit, an dem Gehäuse angebracht, um für ein gesteuertes Beheizen der inneren Kammerwände zu sorgen, damit die Bildung von Wandabscheidungen unterbunden wird.
• Diese Kombination von Merkmalen, einschließlich des elektrisch gesteuerten Mehrfachrichtungs-Magnetfelds, der Temperatursteuerung der Kathode und der Reaktorwände und der Verwendung von Schutzmaterialien, wie Quarzabdeckungen, ermöglicht es, den oben genannten Auslegungskriterien zu genügen. Es wird den verschiedenen und entgegenstehenden Prozeßforderungen, wie Direktionalität, Selektivität und Gleichförmigkeit über einen Druckbereich, einschließlich hoher Drucke, in einem In-Situ- Selbstreinigungs-Einzelwafersystem mit geringer Wartung genügt. Insbesondere ergeben das elektrisch gesteuerte Mehrfachrichtungsfeld und der Einsatz spezieller Schutzmaterialien eine hohe Ausrichtungsqualität, eine hohe Selektivität und eine hohe Gleichförmigkeit während des Betriebs. Das elektrisch gesteuerte Mehrfachrichtungsfeld sorgt für eine gleichförmige Ätzung über einen sehr breiten Druckbereich von etwa 0,133 Pa bis 40 Pa (0,001 bis 0,300 Torr), was hohe Drucke einschließt, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsätzen möglich wird, ohne die Gleichförmigkeit aufzugeben. Dieser breite Druckbereich ermöglicht eine In-Situ-Selbstreinigung. Die temperaturgeregelten Oberflächen und das elektrisch gesteuerte Mehrfachrichtungs-Magnetfeld erleichtern den Reinigungsvorgang und die In-Situ-Reinigung. Das elektrisch gesteuerte Mehrfachrichtungsfeld steigert unabhängig die Ätzgeschwindigkeit und führt in Kombination mit der Möglichkeit des Hochdruckbetriebs zu einer praktikablen Durchgangs-Einzelwaferätzung.
• Die obigen und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen
• Fig. 1 bis 3 schematisch drei Arten von Plasmaätzsystemen zeigen, die als Stand der Technik zur Verfügung stehen;
• Fig. 4 eine teilweise schematisch ausgeführte perspektivische Ansicht eines magnetverstärkten RIE-Modus-Plasmaätzsystems ist, das den Vorgänger des magnetverstärkten RIE-Modus-Plasmaätzsystems der vorliegenden Erfindung bildet;
• Fig. 5 ein teilweise schematisch gezeigter Vertikalschnitt durch die den Wafer haltende Elektrode der in Fig. 4 gezeigten Kammer ist, wobei die B- Umkehrung gezeigt ist;
• Fig 6 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des magnetfeldverstärkten Plasmareaktors der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 7 ein teilweise schematisch gezeigter Vertikalschnitt längs der Linien 7-7 in Fig. 6 ist;
• Fig. 8 bis 10 schematisierte Folgedarstellungen des Betriebs des Waferwechselsystems beim Positionieren von Wafern auf dem Reaktorsockel und beim Entfernen von Wafern von dem Reaktorsockel sind;
• Fig. 11 vergrößert ein Vertikalschnitt des Gasdurchführsystems darstellt, das in Fig. 7 gezeigt ist;
• Fig. 12 eine schematische Darstellung des Systems zur Erzeugung und Steuerung des elektrisch gesteuerten, quasi-statischen Mehrfachrichtungs-Gleichstrom- Magnetfelds, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und eines Rechnersystems ist, das zum Steuern des Gesamtbetriebs des vorliegenden Reaktors geeignet ist; und
• Fig. 13A-13C schematisch die Klemmanbringung des Wafers an den konvexen oder kuppelförmigen Wafertragsockel zeigen.
Beschreibung des Magnetronätzreaktors 60
• Fig. 6 und 7 zeigen eine isometrische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform des magnetfeldverstärkten Einzelwafer-Plasmaätzreaktors 60 unserer vorliegenden Erfindung bzw. einen Vertikalschnitt durch den Reaktor 60. Die Beschreibung ist hier hauptsächlich auf das RIE-Modus-Plasmaätzen gerichtet. Die Fähigkeit des Reaktors erstreckt sich jedoch ebenso auch auf das Plasmamodusätzen.
• Gemäß Fig. 6 und 7 hat das Ätzreaktorsystem 60 unserer vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 62, das gewöhnlich aus nichtmagnetischem Material, wie Aluminium, besteht und eine achteckige Form der Außenwände 64 (gesehen im Horizontalschnitt) hat. Eine kreisförmige Innenwand 66 bildet eine Ätzkammer 68. Wie nachstehend näher beschrieben wird, hat das Reaktorsystem 60 auch eine spezielle gas- und flüssigkeitsgekühlte Sockel/Kathodenanordnung 70 und ein Waferwechselsystem 74 (Fig. 8 bis 10).
• Das Waferwechselsystem 74 hat vertikal bewegliche Waferhubfinger 79, welche einen Wafer 75 von einem externen, von Hand gehaltenen oder betätigten Blatt 76, das in die Kammer eingeführt ist, oder vorzugsweise von einem externen Ladeschleusenroboterblatt 76 aufnehmen und ihn zu der Kathode 72 für die Behandlung überführen und dann den behandelten Wafer zu dem Roboterblatt zum Entfernen aus der Kammer zurückführen.
• Zusätzlich hat das Waferwechelsystem 74 einen mit den Waferhubfingern 79 integrierten Waferklemmring 78. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben, ermöglicht die Auslegung des Waferwechselsystems 74 und das Einschließen des zugeordneten Waferhub- und Klemmaufbaus den Einsatz eines Einachsen-Roboterantriebs in der Kammer. Die Arbeitsweise des Kammerroboters erfordert außerdem, daß der externe Roboter den Wafer lediglich in einer ausgewählten Überführungsposition für den Austausch mit dem Kammerroboter präsentiert.
• Eine Vereinfachung der Anforderungen an den externen Roboter ermöglicht einen relativ einfachen Roboter, auch wenn er in einem Mehrkammer-Ladeschleusensystem verwendet wird, das eine Vielzahl von Reaktoren bedient. Ein solcher Roboter, welcher R-Θ-Bewegungen benutzt, ist in der anhängigen gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 944 803 (EP-Anmeldenummer 87 311 194.2, eingereicht am 18. Dezember 1987) mit dem Titel "Integriertes Behandlungssystem mit Vielfachkammer" ("Multiple Chamber Integrated Process System"), parallel im Namen von Dan Maydan, Sasson Somekh, David N. K. Wang, David Cheng, Masato Toshiba, Isaac Harai und Peter Hoppe angemeldet, geoffenbart.
• Dem Innenraum der Kammer 68 werden durch einen Gasverteiler 80 Prozeßgase aus einem Gasversorgungssystem 81 mit einem oder mehreren Gasspeicherreservoirs/Tanks zugeführt. Das Gasversorgungssystem 81 steht mit dem Verteiler 80 und der Kammer 68 über eine Zuführungsleitung (Zuführungsleitungen) 82 in Verbindung, die mit dem Verteiler 80 durch einen Einlaßstutzen 84 verbunden ist. Das System ist ein automatisches Strömungssteuersystem oder ein anderes geeignetes Steuersystem, welches die Durchsätze der verschiedenen Ätzgase, Trägergase usw. steuert, die der Kammer 68 zugeführt werden.
• An die Kammer wird ein Vakuum angelegt. Verbrauchte Gase und mitgeführte Produkte werden über eine Ringabzugskammer 90 abgeführt, die mit einer Abzugsöffnung 92 in Verbindung steht, welche ihrerseits an ein herkömmliches Vakuumpumpsystem 93 angeschlossen ist. Der Abzugsstrom wird aus der Kammer 68 durch Löcher 94 in einer horizontalen Ringplatte 96 geführt, die um den oberen Umfang der zylindrischen Kathodenanordnung 70 angeordnet ist. Die mit Öffnungen versehene Platte 96 unterbindet das Eindringen von Plasma in die ringförmige Abzugskammer 90. Diese Abzugsanordnung erleichtert eine gleichförmige Abdeckung und Ätzung des Wafers 75 durch das Reaktionsteilnehmergas. Die Steuerung des Abzugssystems können ein herkömmliches kapazitives System, beispielsweise ein Manometersensor (nicht gezeigt), der über ein Drucksteuersystem und einen Gleichstrommotor arbeitet, um die Drehzahl des Gebläses zu steuern, oder andere herkömmliche Steuersysteme sein.
• Wie durch die Pfeile 100, 102, 104, 106, 108 in Fig. 7 gezeigt ist, wird das zu dem Einlaß 84 (Pfeil 100) transportierte Gas in den Verteiler 80 (Pfeil 102) geführt und dann aus dem Verteiler (Pfeil 104) nach unten gerichtet, wodurch ein Ätzgasplasma in den Kammerprozeßbereich 110 beim Anlegen von HF- Energie gebildet wird, das dann über den Wafer 75 radial nach außen quer über den Wafer und in die ringförmige Absaugkammer (Pfeil 106) strömt und dann durch die Absaugöffnung 92 (Pfeil 108) abgeführt wird.
• Die vorstehend erwähnte HF-Energie wird durch ein HF-Speisesystem 112 dem Reaktorsystem 60 für den Plasmabetrieb zugeführt, d.h. zur Schaffung eines Ätzgasplasmas aus den Einlaßgasen im Prozeßbereich 110. Dieses System 112 hat eine HF-Energiespeisung und ein Lastanpassungsnetzwerk und ist mit dem Sockel 72 verbunden, wobei die Kammerwände an Masse liegen. Das heißt, der Sockel ist die mit Energie beaufschlagte Kathode. Die HF- Energie wird gewöhnlich mit hoher Frequenz, vorzugsweise 13,6 MHz, zugeführt. Das Reaktorsystem 60 kann jedoch bei niedrigen Frequenzen von beispielsweise mehreren kHz betrieben werden.
• Die Verwendung einer mit Energie beaufschlagten Sockelkathode 72 hat den Vorteil, daß die HF-Energie und das Plasma an dem Oberflächenbereich des Wafers konzentriert sind und daß die Leistungsdichte über dem Wafer erhöht wird, während sie sonst überall verringert ist. Dies gewährleistet, daß das Ätzen nur auf dem Wafer erfolgt, wodurch eine Erosion in anderen Teilen der Kammer verringert und somit die Möglichkeit einer Waferverunreinigung reduziert wird. Gewöhnlich werden Leistungsdichten von etwa 2,5 bis 3,5 W/cm² verwendet und können eingesetzt werden. Wie nachstehend erläutert, erfordern diese hohen Leistungsdichten ein Kühlen. Die mit HF-Energie beaufschlagte Kathode 72 ist vorzugsweise so gebaut, daß die gasverstärkte Wafer-zu-Kathode-Wärmeleitung und die Flüssigkeitskathodenkühlung kombiniert werden. Das Beaufschlagen des energiegespeisten Sockels 72 mit Kühlgas, wie Helium, bei niedrigem Druck, würde üblicherweise zu einem Zusammenbruch des Kühlgasstroms führen. Der vorliegende Reaktor hat eine spezielle Gasdurchführung 114, Fig. 7, die das Gas zu der Hochspannungselektrode ohne Ionisierung führt.
• Der Reaktor 60 weist auch eine Verbesserung des oben in Fig. 4 geoffenbarten magnetfelderzeugenden Systems auf. Gemäß Fig. 6 kann das System eine Anzahl von Paaren von Elektromagneten, wie z.B. die vier Elektromagneten 116, 118, 120 und 122, benutzen, die gewöhnlich Kupferwicklungen haben, welche in einer Rechtecksanordnung vorgesehen sind, und zwar jeweils eine an alternierenden Wänden des achteckförmigen Gehäuses. Die beiden Wicklungspaare ergeben zusammenwirkend ein quasistatisches Mehrfachrichtungsfeld, das gestuft und um den Wafer gedreht werden kann, um eine Ätzgleichförmigkeit bei hohen und niedrigen Drucken zu erreichen. Außerdem kann die Größe des Feldes zur Wahl der Ätzgeschwindigkeit und einer Verringerung des Ionenbombardements variiert werden.
Elektrisch gesteuerter Mehrfachrichtungs-Magnetfeldgenerator
• Fig. 12 ist eine schematische Darstellung des Systems zur Erzeugung und Steuerung des quasi statischen Mehrfachrichtungmagnetfelds, wie es bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
• Zusätzlich zu Fig. 6 bilden primär gemäß Fig. 12 die beiden Wicklungspaare 116, 118 und 120, 122 jeweils wechselseitig senkrechte Magnetfeldvektoren By und Bx, die insgesamt parallel zu dem Sockel/der Kathode 72 und dem Wafer 75 sind. Bei der beispielsweisen Darstellung, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, gibt ein Rechner 113 Steuersignale über Leitungen 103, 105, 107 und 109 an herkömmliche Stromversorgungssysteme 115, 117, 119 und 121 zur Steuerung der Größe und Richtung der Ströme, die über Leiter 123, 125, 127 bzw. 129 den Elektromagneten 116, 118, 120 bzw. 122 zugeführt werden. Der zugeordnete Strom bestimmt die Richtung und Größe des von jedem Wicklungspaar erzeugten Feldes.
• Die senkrechten Feldvektoren By und Bx, die jeweils von den Wicklungspaaren 116, 118 und 120, 122 erzeugt werden, sind definiert als
• Bx = B cos θ (1)
• By = B sin θ (2).
• Gibt man die gewünschten oder geforderten Werte des Feldes 13 und seiner Winkelausrichtung θ vor, kann der Rechner 113 die Gleichungen (1) und (2) jeweils unabhängig lösen, wodurch man die zugehörigen Magnetfeldvektoren Bx und By erhält, die die gewünschte Feldstärke und Ausrichtung geben, und dann die Zuführung der erforderlichen elektrischen Ströme in die Wicklungen 116-122 steuern, um die Felder By und Bx zu erzeugen.
• Darüber hinaus können die Winkelausrichtung und die Größe dieses Gleichstrom-Magnetfelds so schnell oder so langsam wie gewünscht durch Ändern des Stroms in den Wicklungen unabhängig geändert werden. Es können die Zeit, in der das Feld in jeder Winkelposition eingeschaltet ist, und die Richtung der Winkelabstufung sowie die Feldstärke geändert werden, da diese Parameter allein eine Funktion der Änderung der Ströme zu den Elektromagneten und vom Rechner 113 leicht steuerbar sind. So kann das Feld um den Wafer herum durch den Einsatz gewählter Ausrichtungs- und Zeitinkremente abgestuft werden. Gewünschtenfalls kann die Größe des resultierenden Feldes Bθ so geändert werden, wie es der Prozeß oder die Reaktorauslegung erfordern können, oder es kann eine konstante Feldstärke verwendet werden. Das elektrische stromgesteuerte System sorgt somit für eine Vielseitigkeit eines sich schnell oder langsam bewegenden Magnetfelds mit konstanter oder variierender Stärke mit konstanter oder variierter Winkelgeschwindigkeit. Außerdem braucht die Ausrichtung des Feldes nicht abgestuft oder sequentiell geändert zu werden, sondern kann unmittelbar von jeder gegebenen Ausrichtung (oder Feldstärke) auf eine andere umgeschaltet werden.
• Diese Vielseitigkeit in der unabhängigen Steuerung der Richtung und Größe des Gleichstrommagnetfelds ist unterschiedlich gegenüber anderen, partiell einsetzbaren rotierenden Magnetfeldern, die gewöhnlich mit einer festgelegten, relativ hohen Frequenz drehen, beispielsweise mit dem Standardwert von 60 Hertz. Darüber hinaus unterbindet die Fähigkeit, langsam "zu drehen", nämlich mit einem Wert von beispielsweise 2 bis 5 s/Umdrehung (12 bis 30 Zyklen/min) oder langsamer, Probleme wie die Wirbelstromverluste, die dem Einsatz höherer Frequenzen in Aluminium- oder Metallkammern zugeordnet sind.
• Der frühere Reaktor 40, Fig. 4, kehrt das statische Magnetfeld längs einer Achse um. Im Gegensatz dazu dreht der Reaktor 60 das Magnetfeld effektiv, vorzugsweise mit der niedrigen Geschwindigkeit von z.B. 2 bis 5 s/Umdrehung, durch die einfache Maßnahme, die Ströme zu den Elektromagnetwicklungen zu ändern. Dies stuft das Magnetfeld um den Wafer herum bei einer niedrigen Geschwindigkeit ab und erhöht die Ätzgleichförmigkeit 360º um den Wafer herum anstatt in einer Richtung quer über den Wafer. Als Folge kann der Reaktor 60 über einen weiten Bereich von niedrigen bis hohen Drucken mit einer Direktionalität, Selektivität und Gleichförmigkeit eingesetzt werden, die jene auch der Niederdruck-RIE-Ätzer überschreitet.
• Eine Anwendung der bevorzugten Magnetfelddrehung mit niedriger Geschwindigkeit von beispielsweise 2 bis 30 Zyklen pro Minute wird in dem nachstehenden Wasserstoff-Bromid/Wasserstoff- Jodid-Ätzprozeß beschrieben. Speziell steuert der Einsatz des Magnetfelds in Kombination mit der Bromier- und Iodierätzchemie das Ätzen und reduziert Waferschäden. Eine Steigerung des Magnetfelds erhöht die Ätzgeschwindigkeit, so daß eine gegebene Ätzgeschwindigkeit durch Erhöhen des Magnetfelds und durch Verringern der HF-Energie und der sich ergebenden Steuerspannung Vdc erhalten werden kann. Dies verringert das Ionenbombardement des Wafers und Vorrichtungsschäden. Die Brom- und Jod-Ätzgaszusammensetzungen, wie sie in dem als Bezug benutzten Brom-Jod-Silizium-Ätzprozeß verwendet werden, sind zur Bildung von anorganischen Seitenwandabscheidungen auf den Grabenseitenwänden sorgfältig angesetzt, wenn Siliziummaterial zu ätzen ist, um dadurch das Seitenwandprofil zu steuern. Eine Steigerung des Magnetfelds erhöht die Wirksamkeit dieser Ätzprofilsteuerung.
• Wenn die Magnetfeldstärke erhöht wird, wird insgesamt die schützende Seitenwandabscheidung dicker (wenn eine Sauerstoffquelle vorhanden ist), wodurch dem Grabenprofil eine stärkere Verjüngung und eine geringere Krümmung erteilt wird. Da man das Magnetfeld leicht ändern kann, führt dies zu der Fähigkeit, das Profil mit zunehmender Tiefe zu variieren. Beispielsweise kann es bei sehr schmalen, tiefen Gräben erwünscht sein, eine breitere Grabenmündung zu haben, um das darauffolgende Füllen des Grabens mit Dielektrikum zu erleichtern. Die Verjüngungssteuerung durch Einstellen des Magnetfelds ermöglicht erst einen solchen trichterförmigen schmal ausgebildeten Graben mit breiter Mündung.
• Die oben erläuterte Fig. 12 zeigt auch schematisch das gesamte Rechnersteuersystem für den Reaktor 60. Zur Zeit ist die Steuereinrichtung 113 eine Steuereinrichtung vom Typ 68010. Zur Steuerung des Anlegens des Stroms an die Elektromagneten 116-122 steuert der Rechner 113 zusätzlich auch den Gasstrom aus der Einspeisung 81, das Anlegen von HF-Energie aus der Zuführung 112, das Einführen von Kühlgas und Wasser zu der Kathode aus entsprechenden Zuführungen 169 und 175, das Vakuumsystem 93, die Steuerventile für den Pneumatikzylinder für den Wellenmechanismus 140, die Steuerventile für die Druckluftzylinder 163 für die Schlitzventile 162 und für die Energieversorgung 183 für den Wassererhitzer.
Sockelanordnung 70
• Gemäß Fig. 6 und hauptsächlich gemäß Fig. 7 hat die Sockelanordnung 70 einen insgesamt zylindrischen Wandaufbau 124, der innerhalb des Gehäuses 63 angeordnet ist, sowie ein zylindrisches Bodengehäuse 126, das am Boden des Gehäuses 62 angebracht ist und sich darunter erstreckt. Die ringförmige Absaugplatte 96 ist am Umfang um das Gehäuse 124 an Vorsprüngen 127 und 129 angebracht. Der energiebeaufschlagte Sockel 72/die energiebeaufschlagte Kathode 72 befindet sich auf einem insgesamt zylindrischen Basiselement 128, das an dem geerdeten Gehäuse durch passende ringförmige Isolatorteile 130 bis 134 angebracht ist.
• Die ein Stück bildende Waferwechselanordnung 70 hat eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Waferhaltezapfen/Fingern 79-79 (vier sind gezeigt), die kreisförmig angeordnet sind. Die Finger 79 erstrecken sich durch Löcher im Umfang des Sockels 72 und der Basis 128. Sowohl die Waferhaltefinger 79- 79 als auch der Waferklemmring 78 sind an einer Haltearmeinrichtung angebracht, die sich horizontal erstreckende Arme 137-137 aufweist, die an einem Schafthubmechanismus 140 und an dem zylindrischen Ringelement 139 angebracht sind. Die Arme 137-137 sitzen an dem Schafthubmechanismus 140 für eine nachstehend erläuterte vertikale Verschiebung.
• Wie erwähnt, sitzen die vertikal ausgerichteten Waferhaltestifte 79-79 an entsprechenden Armen 137-137 der Armanordnung und erstrecken sich durch Löcher in der oberen Waferabstützfläche auf dem Sockel 72. Der Waferklemmring 78 ist ebenfalls an der Armanordnung angebracht, d.h. an dem Ring 139. Der Ring 139 ist in einem Kanal 141 vertikal bewegbar, der zwischen dem Gehäuse 124 und der Basis 128 ausgebildet ist. Wie ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 11 erläutert wurde, ermöglichen der Einsatz der Waferhaltestifte 79 und des Waferklemmrings 78, der vertikal an den Stiften verschoben ist, und ihr gemeinsames Anbringen an der gemeinsamen vertikal beweglichen Armanordnung einen einfachen Waferaustausch mit einem externen Roboterblatt 76 unter Nutzung einer Einzelachsenbewegung.
• Die Schaftanordnung 140 hat eine Hülse 142 und eine zylindrische Federhalteeinrichtung 144, die durch einen Bolzen 146 verbunden sind, und ist gleitend verschiebbar auf Lagern 148 in einer in einer Basis 150 ausgebildeten Bohrung angeordnet. Die Basis 150 hat eine abgestufte zylindrische Form und ist an ihrer Stufe oder Schulter mit dem Boden der Basis 128 verbunden.
• Eine seitliche Bewegung des Schafthubmechanismus wird von einem Paar von vertikalen Führungsstiften 151 (nur einer ist gezeigt), der sich durch eine Öse 153 des Schaftes 140 erstreckt, gesteuert, d.h. unterbunden. An dem unteren Gewindeabschnitt des Stiftes 151 ist zur Begrenzung der Aufwärtsbewegung (oberste Stellung) des Schaftmechanismus 140 und des zugeordneten Klemmrings 78 und der Stifte 79 eine einstellbare Anschlagmutter 155 vorgesehen.
• Zwischen dem Boden der Basis 150 und der Federhalteeinrichtung 144 des Schafts ist zur Vorspannung des Schafts 140, der Klemme 78 und der Stifte 79 nach unten in eine normale untere Stellung eine Feder 152 festgelegt. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind in dieser federvorgespannten Position die Stifte 79-79 in ihre Löcher in dem Sockel 72 eingezogen, und der Klemmring 78 greift elastisch am Umfang des Sockels 72 an. Wenn auf dem Sockel ein Wafer 75 angeordnet wird, klemmt der Klemmring 78 den Umfang des Wafers sicher und elastisch gegen die obere Fläche 154 (Fig. 8) des Sockels. Eine vertikale Aufwärtsbewegung des Schafts 140, des Klemmrings 78 und der Stifte 79-79 erfolgt durch die vertikale Stange 156 eines Druckluftzylinders, der gewöhnlich an dem Gehäuse 126 angebracht ist und gesteuert von dem Rechner 113 (Fig. 12) betätigt wird. Die Aufwärtsbewegung der Stange 156 bewegt den Schaft 140 nach oben gegen die vorspannende Wirkung der Feder 152, wodurch der Klemmring 78 von dem Sockel 72/Wafer 75 aus dem Eingriff gelöst wird und sich die Finger 79-79 nach oben durch den Sockel zur Aufnahme eines Wafers erstrecken.
Betrieb des Waferwechselsystems 74
• Fig. 8 bis 10 veranschaulichen den Betrieb des speziellen einheitlichen Klemme 78/Finger 79-Waferwechselsystems 74. Die sich ergebende einfache Einachsenroboterbewegung überträgt der einzelne Wafer 75 von dem externen Blatt 76 (siehe auch Fig. 6) zu dem Sockel 72/der Elektrode 72 und umgekehrt und klemmt den Wafer auf dem Sockel fest, um die Position des Wafers zu sichern und um auch das Kühlen des Wafers, wie nachstehend beschrieben, zu erleichtern.
• Gemäß Fig. 6, 7 und 8 hat die Reaktorgehäusewand 66 eine verschließbare langgestreckte Öffnung oder einen Schlitz 160, der eine Bewegung des externen Blattes 76 in die Kammer und aus ihr heraus ermöglicht. Der Schlitz 160 wird durch eine schwenkbar angebrachte Klappe oder Türe 162 geschlossen, um die Kammer abzudichten, wenn das Blatt 76 nicht eingesetzt wird, um Wafer in der Kammer abzulegen oder aus ihr herauszuziehen. Die Tür 162 wird von einem Druckluftzylindersystem 163 (Fig. 12) geöffnet und geschlossen. Ein Klemmenhaltering 139 hat ein Paar von Aussparungen 164-164 (Fig. 6), die auf seinen oberen gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind und die das Einführen des Blattes 76 und des Wafers 75 ermöglichen. Alles, was für die Überführung der Wafer zwischen der Reaktorkammer 60 und einem externen Speicher, wie einer Kassette, erforderlich ist, ist ein einfaches, bidirektionales Einachsenroboterblatt 76. Ein geeignetes Roboterblatt und eine Tür sind in dem oben beschriebenen Vielfachkammersystem beschrieben.
• Zu Anfang ist die Klemmen-Finger-Haltearmanordnung in der etwas angehobenen Position, wie sie in Fig. 8 gezeigt und gestrichelt in Fig. 6 dargestellt ist, angeordnet, so daß die Ringaussparungen 164, der Gehäuseschlitz 160 und das Blatt 76 horizontal fluchtend ausgerichtet sind. Dies ermöglicht das Einführen des Blattes 76 durch die vordere Ausnehmung 164. Man vermerke bitte, daß die Trennung zwischen der Oberseite der Stifte 79 und dem Klemmring 78 horizontal fluchtend zu den Ausnehmungen 164 ausgerichtet ist. Somit kann das Blatt 76 auch zwischen den Stiften 79-79 und dem Klemmring 78 hindurchgehen. Wenn die Schlitze 160 und 164 so ausgerichtet sind, wird das Blatt 76 (mit einem darauf getragenen, zu behandelnden Wafer 75) über die Öffnung 160 und die Ausnehmung 164 in die Kammer 68 und den Plasmaätzbereich 110 sowie über den Sockel 72 eingeführt.
• Als nächstes wird, wie in Fig. 9 gezeigt ist, die Stange 156 (Fig. 7) ausgefahren, um den Schafthubmechanismus 140 und die Waferhaltestifte 79-79 anzuheben, um damit den Wafer 75 von dem Blatt 76 anzuheben.
• Nach dem Zurückziehen des Blattes 76 wird die Tür 162 geschlossen. Gemäß Fig. 10 zieht der Zylinder 158 (Fig. 7) dann die Stange 156 zurück, so daß die Feder 152 den Schaft 140 absenkt/einzieht und der Klemmring 78 den Wafer 75 elastisch zwischen dem Ring und dem Sockel 72 einklemmt.
• Nach der Behandlung hebt der Zylinder 158 den Schafthubmechanismus 140, wodurch der Wafer 75 über das Blatt 76 angehoben wird, so daß das Blatt in die Kammer unter dem Wafer eingeführt werden kann. Der Schaft 140 wird dann etwas abgesenkt, um die Stifte 79-79 und die Klemme 138 in die in Fig. 8 gezeigte Position zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Blatt 76, welches den behandelten Wafer 75 hält, aus der Kammer zurückgezogen. Auf dem Blatt 76 kann ein neuer Wafer angeordnet und in die Kammer zwischen die Klemme 78 und die Stifte 79-79 eingeführt werden, wie dies auch in Fig. 8 gezeigt ist, um einen anderen Waferaustauschzyklus beginnen zu lassen.
• Wie vorstehend beschrieben, überträgt das Waferwechselsystem 74 die Wafer zu dem Blatt und von ihm weg, klemmt die Wafer fest und entfernt die Wafer von dem Sockel unter Verwendung nur eines senkrechten Punkt und Umfangskontakts. Es fehlt der übliche Gleit- und/oder Rollreibungskontakt, der zum Anheben und Ablegen der Wafer erforderlich ist. Wie zu ersehen ist, verringert dies die Neigung, Teilchen in der Behandlungskammer 68 zu erzeugen.
• Zusätzlich ist die Halte- und Überführungsvorrichtung für den Einachsenroboter unter der Kammer 68 positioniert und ist von der Kammer durch die umgebende Sockelanordnung 70 isoliert. Zwischen dem oberen Ende der Schaftanordnung 140 und der Basis 150 ist ein Balg 166 angeordnet, um eine zusätzliche Barriere zwischen dem Schaft 140 und dem Wafer und der Behandlungskammer 68 zu schaffen. Der Innenraum des Balgs 166 ist durch eine Öffnung 168 gegenüber der Atmosphärendruckumgebung in dem Gehäuse 126 belüftet. Dies erleichtert die Expansion und Kontraktion des Balgs längs der Schaftachse während ihres Anhebens und Absenkens in der Atmosphärenumgebung der Schaftkammer 167.
Waferkühlsystem
• Hauptsächlich gemäß Fig. 7 wird die Elektroden/Sockelanordnung 70 wie erwähnt durch eine Kombination von Flüssigkeit und Gas gekühlt, d. h. durch die gasgestützte Wärmeleitung vom Wafer zur Kathode und durch Flüssigkeitskathodenkühlung. Es wird eine Flüssigkeit, gewöhnlich in Form von kaltem Wasser, durch das vom Rechner 113 gesteuerte Ventil-und-Pumpsystem 169 (Fig. 12) zu einem Einlaß 170 geführt, der mit einem unteren Ringkanal 172 in der Basis 128 und ferner mit einem Paar von oberen kreisförmigen Kanälen 174-174 in Verbindung steht. Das heißt, das Kühlwasser strömt in den Einlaß 170 und gelangt dann durch den unteren Kanal 172 und die oberen Kanäle 174-174 zu einem Auslaß (nicht gezeigt). Anstelle eines breiteren Einzelkanals zur Umgehung des Kühlgaseinlaßkanals 146 wird das Lochpaar 174-174 eingesetzt.
• Das Kühlgas wird verwendet, um die Wärmeübertragung von dem klemmengehaltenen Wafer 75 zu dem wassergekühlten Sockel 72 zu steigern. Das thermisch leitende Gas wird durch das herkömmliche, vom Rechner 113 gesteuerte Ventilsystem 175 (Fig. 12) zum Einlaßkanal 176 über die Zuführung 114, was nachstehend erläutert wird, geführt, der eine Ionisation des Niederdruckgases durch den an Spannung liegenden Sockel unterbindet. Ebenfalls gemäß Fig. 6 ist der Kanal 176 an eine Öffnung 178 angeschlossen, die radiale Nuten 180 in der Fläche des Sockels 72 schneidet.
• Wie erwähnt, hat die Kathodenanordnung 70 eine kuppelförmige Oberfläche, die die inhärente Tendenz des Kühlgases kompensiert, den Wafer bezogen auf die Kathode zu wölben. Fig. 13 ist eine schematisch dargestellte vertikale Schnittansicht des Sockels 72, des Waferklemmrings 78 und des eingeklemmten Wafers 75, die übertrieben die gekrümmte oder gewölbte Gestalt der Oberseite des Sockels 72 darstellt. Der Klemmring 78 kann die Oberseite des Wafers 75 gegen den Sockel 72 klemmen oder vorzugsweise eine Anzahl von radialen Fingern 78F aufweisen, welche die Oberseite des Wafers klemmen. Der Umfang des Sokkels 72 kann geneigt sein, da ein Teil seiner insgesamt konvexen Form und die Unterseite des Klemmrings 78 oder der Finger 78F eine passende geneigte Ausrichtung haben können. Alternativ dazu können die Klemme/Finger und der Umfang des Sockels horizontal ausgerichtet sein.
• Durch Verwendung dieser vorgespannten konvexen oder gekrümmten Waferausrichtung ist der Wafer parallel zu der Oberfläche des Sockels 72, d.h. es besteht ein im wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Sockel und dem Wafer. Diese Parallelität wird selbst dann beibehalten, wenn das Kühlgas mit relativ hohen Drucken wie 1-10 Torr (1 Torr = 1,333 x 10&supmin;³ bar) zwischen den Sockel und den Wafer zugeführt wird. Bei Waferdurchmessern von vier bis acht Zoll (und Sockeldurchmessern von ebenfalls ungefähr vier bis acht Zoll (1 Zoll = 2,54 cm)) ist festgestellt worden, daß eine Krümmung, bei welcher der Mittelpunkt des Sockels um einen Abstand d' von vier bis acht Millizoll (1 Millizoll = 0,0001 Zoll) gebogen wird, den Wafer in eine parallele gebogene Gestalt vorspannt, die beibehalten wird, wenn das Kühlgas zugeführt wird. Das heißt, die konvexe Sockeloberfläche 72B wird um einen Abstand von vier bis acht Millizoll bezogen auf eine herkömmliche ebene Elektrode 72F gebogen. Obwohl die Krümmung gering ist, stellt sie einen wichtigen Faktor bei der Erzielung einer gleichförmigen Waferkühlung und einer gleichförmigen Waferbehandlung dar.
• Wenn in Betrieb der Wafer 75 an der Elektrode 72 durch den Ring 78 klemmend gehalten ist, wird über die Zuführung 114 und den Einlaß 176 Helium oder ein anderes geeignetes Gas, das ein guter Wärmeleiter bei niedrigem Druck ist, zu den radialen Nuten 180-180 an der Trennfläche zwischen dem Wafer und dem Sockel geführt, um einen nahezu statischen Gasdruck von gewöhnlich etwa 1 Torr bis 10 Torr einzustellen, der viel höher als der Kammerdruck ist. Während des Plasmabetriebs des Reaktors 60 überträgt dieses Trennflächengas Wärme von dem vorgewölbten Wafer 75 zu dem parallelen wassergekühlten Sockel 72, wodurch eine gleichförmige Kühlung des Wafers durch die flüssigkeitsgekühlte Kathodenanordnung 70 ermöglicht wird.
• Die Bedeutung des HF-aktivierten Gases mit hoher Leistungsdichte und der flüssigkeitsgekühlten Kathodenanordnung 70 ist in der gemeinsam übertragenen anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 944 491 (EPA 87 311 196.7, eingereicht am 18. Dezember 1987) mit dem Titel "Brom- und Jodätzprozeß für Silizium und Siliziumverbindungen" ("Bromine and Iodine Etch Process for Silicon and Silicides") erläutert, die parallel hierzu im Namen von Jerry Y. Wong, David N. K. Wang, Mei Chang, Alfred Mak und Dan Maydan (auch der Brom/Jodätzprozeß ganannt) angemeldet wurde. Durch Ausführen des erwähnten Brom/Jod-Ätzprozesses wird die Waferhaltekathodenanordnung 70 durch Wasser von etwa 20 bis 30ºC gekühlt. Zwischen den Wafer und die wassergekühlte Kathode 72 wird bei einem im wesentlichen statischen Druck von etwa 4 Torr ein Gas, wie Helium, aufgebracht. Dies ergibt eine gleichförmige hochwertige Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wafer 75 und der gekühlten Kathode 72, wodurch die Oberfläche des vorgespannten gewölbten Wafers auf einer gleichförmigen Temperatur von etwa 60ºC oder weniger gehalten wird. Diese Kühlung ist erforderlich, da die hohe Leistungsdichte von etwa 2,5 bis 3,5 W/cm² annähernd eine Größenordnung größer ist als die Leistungsdichten, wie sie bei herkömmlichen RIE-Ätzern verwendet werden. Die Kühlung trägt zur Ausschließung von gewölbten Grabenprofilen und schwarzem Silizium während des Einsatzes des erwähnten Brom/Jod-Ätzprozesses oder anderer Prozesse zum Ätzen von Silizium und anderen Materialien bei und erleichtert ansonsten die Profilkontrolle. Das Phänomen des schwarzen Siliziums kann bei Temperaturen auftreten, die so niedrig wie etwa 70ºC sind.
Temperatursteuerung der Kammerfläche
• Gemäß Fig. 7 ist an der Abdeckung 67 des Reaktors 60 eine Heizeinheit 181, gewöhnlich ein zylindrischer elektischer Widerstandserhitzer oder eine andere geeignete Einheit, zu dem Zweck angebracht, die Abdeckung 67 und den oberen Abschnitt der Gehäuseseitenwände 66-66 zu erwärmen, die der Kammer 68 und speziell dem innenseitigen Gehäuse und den oberen Kammerwänden 671 und 661 entsprechen. Ebenfalls gemäß Fig. 7 und 12 wird die Leistung an die Heizeinrichtung 181 durch eine Leistungszuführung 163 zugeführt, die von dem Rechner 113 über eine Steuerleitung 185 gesteuert wird. Die Elektromagnete 116 bis 122 sorgen für eine ergänzende Heizung der Wände 66-66.
• Die Heizeinrichtung 181 wird je nach Erfordernis für das Heizen der Wände 671 und 661 sowie der Innenfläche des Gaskastens 80 selektiv betätigt, um eine Kondensation während des Reaktorbetriebs zu unterbinden. So können beispielsweise die anorganischen Seitenwandabscheidungen zur Profilkontrolle, die von den Brom- und Jod-Ätzgaszusammensetzungen gebildet werden, die bei dem Brom/Jod-Siliziumätzprozeß verwendet werden, verschiedene Kombinationen von Bestandteilen haben, wie Silizium, Sauerstoff, Brom und/oder Fluor, beispielsweise SiO&sub2;, SiBrx, SiBrxFy und SiOBrxFy. Während dieser Atzsequenz heizt die vom Rechner 113 gesteuerte Heizeinrichtung 183 die Wand 67I und 66I auf eine Temperatur > 70ºC, um eine unerwünschte Kondensation dieser anorganischen Abscheidungen zu vermeiden.
Quarzeinschluß
• Gewöhnlich wird der Klemmring 78 von einem leichten elastischen Material, wie Ardel oder Lexan, gebildet, um eine Bewegung zu erleichtern und um den Umfang des Wafers ohne Beschädigung elastisch festklemmen zu können. Der Gaskasten 80 und der Rest der Kammer werden von einem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium, gebildet. Wir haben festgestellt, daß das Vorsehen einer Quarzbeschichtung oder Quarzschicht 811 mit einer Dicke von etwa 1/8 Zoll auf dem Klemmring 79 und einer ähnlichen Quarzschicht oder Quarzbeschichtung 83 mit einer Dicke von etwa 1/8 Zoll auf dem zugewandten Gaskasten 80 eine Verunreinigung der Siliziumwafer 75 während des Betriebs des Reaktors 60 verhindert. Quarz ist dem Silizium ähnlich und verunreinigt somit das Silizium nicht. Die Quarzabdeckungen 811 und 83 tragen auch dazu bei, schwarzes Silizium auszuschließen, da die Prozeßreaktion mit den sich ergebenden Abdeckungen, wenn dieses Isoliermaterial nicht richtig gewählt ist, einen Mikromaskeneffekt in dem freigelegten Silizium erzeugen kann, was wiederum zur Erzeugung von schwarzen Silizium führt. Außerdem wird aus dem Quarz Sauerstoff während des Betriebs des Reaktors 60 freigesetzt. Der freigesetzte Sauerstoff fügt den Oxydmasken Material zu, die zum Ätzen der Materialien, wie Silizium, verwendet werden, und erhöht den Ätzwiderstand (Selektivität) der Maske. Der Sauerstoff aus dem Quarz erhöht die Ätzgeschwindigkeit. Der Sauerstoff ist ein Zusatz zu dem Sauerstoff, der in den Ätzgaszusammensetzungen eingeschlossen ist, wie sie in dem erwähnten Brom/Jod-Ätzprozeß zum Verringern des Wölbens und zum sonstigen Steuern des Ätzprofils beschrieben sind.
Antielektrische Gasdurchschlagdurchführung
• Fig. 11 ist ein vergrößerter Vertikalschnitt der Gasdurchführvorrichtung 114, die zur Zuführung von Kühlgas zu dem mit HF-Energie beaufschlagten Sockel 72 ohne Gasdurchschlag oder Ionisierung verwendet wird. Die Durchführvorrichtung hat einen geschlossenen Zylinder, der von einem Paar von Elektrodenabschnitten 182 und 184 gebildet wird, die insgesamt parallele, eng beabstandete, Öffnungen aufweisende, einander zugewandte Innenwände 186 und 188 haben. Das Kühlgas tritt in die Durchführvorrichtung über einen Einlaß 190 in einer stirnseitigen Abdeckung 191 ein, geht durch Löcher 198 in der Platte 196 hindurch, durchquert einen kleinen Spalt d zwischen den Platten, durchquert dann Löcher 199 in der Platte 188 und strömt durch den Auslaß 192 in der gegenüberliegenden stirnseitigen Abdeckung 193. Der Einlaß 190 steht mit der Kühlgaszuführung (nicht gezeigt) in Verbindung, während der Auslaß 192 über eine Leitung 194 (Fig. 7) an den Sockelkanal 176 angeschlossen ist.
• Ein ringförmiges Isolierdistanzstück 195 trennt die beiden Elektroden 182 und 184 körperlich und elektrisch. Die sich ergebende Zylinderanordnung ist durch Schrauben 197-197 verbunden und durch O-Ringe 196-196 abgedichtet. Die Einlaßelektrode 182 liegt an Masse, während die Auslaßelektrode 184 mit dem HF-Energie gespeisten Sockel 72 verbunden ist. Der Abstand und die Größe der Löcher 198 und 199 und die Größe des Spalts d werden so gewählt, daß sich ein hoher elektrischer Leitwert für das Gas ergibt und eine Ionisation des Gases trotz des niedrigen Drucks und des hohen Potentials über diesen beiden angrenzenden Platten unterbunden wird. Für einen Gasdruck von 4 Torr schließen beispielsweise ein Spalt d von 1 bis 40 mils und einem Lochdurchmesser von 10 bis 40 mils eine Ionisation des Gases aus. Ein Verändern der Höhe des Distanzstücks 195 reguliert den Spalt d für die Anpassung an unterschiedliche Gase und Drucke. Die Vorrichtung 114 ist also eine kompakte Durchführung, um das Niederdruckkühlgas auf das Potential des Sockels trotz der Empfindlichkeit des Gases gegenüber kleinen Werten des Produkts aus Druck und Abstand zu bringen.
Reiner Betrieb; Selbstreinigung
• Mehrere Auslegungskriterien, zu denen die gesteuerte Beheizung der Reaktorwand durch das Heizelement 181 gehören, ermöglichen einen äußerst reinen Betrieb des vorliegenden Ätzreaktors 60. Dies gilt auch trotz des Einsatzes von Prozessen, wie dem erwähnten Brom/Jod-Ätzprozeß, die mit Absicht Abscheidungen bildende Gaszusammensetzungen für die Ätzprofilsteuerung, usw., verwenden. Im Durchschnitt haben wir den Reaktor etwa hundertmal zwischen den Selbstreinigungszyklen laufen lassen.
• Zusätzlich zu der langen Betriebszeit zwischen der Reinigung wird die Reinigung weniger beschwerlich durch die Selbstreinigungsfähigkeit des Reaktors 60. Wie bekannt, ist es schwieriger, die verschiedenen Ätzkammerflächen selbst zu reinigen als einen Wafer zu ätzen, einfach wegen der Schwierigkeit der Ausdehnung des Ätzgasplasmas, um das große Volumen und die große Fläche der Kammer abzudecken.
• Bei dem Ätzreaktor 60 erhöht das von den Elektromagnetpaaren 116-118, 120-122 geschaffene Magnetfeld die Selbstreinigungsätzgeschwindigkeit, wie dies auch ein Hochdruckbetrieb tut. Der Reaktor ist so ausgelegt, daß er im Bereich von Drucken von 0,001 Torr bis 0,300 Torr läuft und somit die Fähigkeit hat, den Betrieb an die Hochdruckerfordernisse der Selbstreinigung sowie an die niedrigeren, dennoch relativ hohen Druckanforderungen des Ätzens anzupassen. Das drehbare Magnetfeld und die zugeordnete unabhängige Steuerung der Feldstärkenausrichtung dehnen das reinigende Plasma überall in der Kammer aus und ermöglichen eine Steigerung der Ätzgeschwindigkeit für spezielle Bereiche der Kammer, und, wenn es erforderlich ist, alle Kammerflächen wirksam zu reinigen.
• Die Verwendung der gespeisten Kathode und der enge Abstand zwischen der Kathodenanordnung 70 und dem Anodengaskasten 80 bilden weiterhin ein eingeschnürtes dichtes Plasma. Die relativ geringe Größe der Kammer, etwa 13 Liter, und die Kreissymmetrie aller Bauteile tragen ebenfalls zur Selbstreinigung bei. Darüberhinaus sind alle freiliegenden Flächen in der Kammer aus Alumium oder Quarz, die beide für eine Selbstreinigung undurchdringlich und dafür kompatibel sind.
• Vorzugsweise wird eine fluorierte Gaszusammensetzung für eine In-Situ-Selbstreinigung verwendet. Keinen Kohlenstoff, jedoch Fluor enthaltende Gaszusammensetzungen, wie NF&sub3;, SF&sub6;, werden aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit der Ätzprodukte frei von Verunreinigung usw. bevorzugt, es können jedoch auch andere Stoffe, wie C&sub2;F&sub6;, CF&sub4; oder andere Fluor enthaltende Freone verwendet werden. Ein gegenwärtig bevorzugter Selbstreinigungsprozeß verwendet eine Chemie mit fluoriertem reaktiven Gas, zu denen die Gase NF&sub3;, die in die Kammer 68 mit Durchsätzen von 60 sccm zugeführt werden, bei Magnetfeldstärken von 0-45 10&supmin;&sup4;Vsm&supmin;² (0-45 Gauss), die sich mit 30 Zyklen pro Minute drehen, bei einer HF-Vorwärtsleistung von 450 W und bei 100 Millitorr Kammerdruck. Diese Parameter ermöglichen ein gleichförmiges Ätzen an den inneren Kammerflächen und reinigen den Reaktor 60 in etwa 10 Minuten nach 10 Betriebsgängen effektiv und vollständig (bei jedem Betriebsgang werden 10 um Silizium entfernt). Im Gegensatz dazu werden herkömmliche Plasmaätzreaktoren mit typischen Intervallen von etwa 5 Betriebsläufen gereinigt und erfordern eine Demontage für das Reinigen bei nassen Ätzmitteln. Die Kombination der In-Situ-Selbstreinigungsfähigkeit, des aus sich selbst heraus sauberen Betriebs und der langen Zeiten zwischen Reinigungszyklen verringern die Stillstandszeit, die zum Reinigen erforderlich ist, und erhöhen den Durchsatz.
• Auf der Basis der Beschreibung bevorzugter und alternativer Ausführungsformen unseres Ätzreaktors und seines Einsatzes werden die Fachleute ohne weiteres Abwandlungen innerhalb der Reichweite der Patentansprüche ableiten.

Claims (12)

1. Vakuumbearbeitungsreaktor (60), der ein Gehäuse (62) aufweist, in dem eine Vakuumkammer (68) gebildet ist, die zum Atzen eines innerhalb der Kammer (68) angeordneten Wafers mit einer hohen Geschwindigkeit und mit einer Ätzgleichmäßigkeit geeignet ist, die im wesentlichen unabhängig vom Druck ist, mit

- einem Sockel (72) mit einer konvexförmigen Oberfläche (72B) zur Lagerung des Wafers in einer gewölbten Ausbildung parallel zur Sockeloberfläche (7213),

- einem Gasverteiler (80) für eine Zufuhr von Reaktionsgasen zur Vakuumkammer (68),

- einer Einrichtung (112) für ein Anlegen von Hochfrequenzenergie zwischen dein Waferlagersockel (72) und dem Gasverteiler (80) zur Erzeugung eines Waferätzplasmas,

- einer Einrichtung zur Bildung eines Gleichstrommagnetfeldes, die wenigstens ein erstes (116, 118) und ein zweites (120, 122) Paar von Elektromagneten umfaßt, die um den Umfang des Gehäuses (62) zur Bildung eines magnetischen Feldes angeordnet sind, das parallel zur Oberfläche des Wafers (75) ist, und

- einer Stromanlegeeinrichtung, die eine Einrichtung (115, 117, 119, 121) für ein Anlegen ausgewählter Ströme auf die Magneten umfaßt, um das Gleichstrommagnetfeld schrittweise um den Wafer (75) zu bewegen, damit ein gleichförmiges Ätzplasma in der Vakuumkammer (68) geschaffen wird.

2. Reaktor nach Anspruch 1, der außerdem eine Klemmringeinrichtung (78) aufweist, um den Wafer (75) auf den Sockel (72) zu klemmen.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, der außerdem eine Öffnung (160) in dem Gehäuse (62) aufweist, die den Einsatz eines horizontal ausgerichteten Wafers (75) in die Vakuumkammer (68) an eine erste gewählte Position ermöglicht.

4. Reaktor nach Anspruch 3, der außerdem eine Waferwechseleinrichtung (79) mit einer Gruppe von insgesamt vertikal ausgerichteten Stiften (79), die sich durch Löcher in dem Sockel (72) erstrecken, und Einrichtungen (140, 156, 158) umfaßt, die aufeinanderfolgend die Waferwechseleinrichtung (79) nach oben und nach unten in ausgewählte Positionen bewegen, um den Wafer (75) von der ersten ausgewählten Position zu entfernen, den Wafer (75) an den Sockel (72) zu klemmen und den Wafer (75) zur ausgewählten Position zurückzubringen.

5. Reaktor nach Anspruch 4, bei dem die Waferwechseleinrichtung (79) und die Klemmringeinrichtung (78) so miteinander in Beziehung stehen, daß die vertikal ausgerichteten Stifte (79) in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind, deren Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der Klemmringeinrichtung (78), wobei die oberen Enden der Stifte (79) unterhalb der Klemmringeinrichtung (78) vertikal im Abstand angeordnet sind.

6. Reaktor nach Anspruch 2, Anspruch 4 oder Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 2, bei dem die Klemmringeinrichtung (78) Finger (78F) aufweist, die sich insgesamt parallel zu dem Sockel (72) nach innen erstrecken, um den Wafer (75) an den Sockel (72) zu klemmen.

7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem Einrichtungen (169, 170, 172, 174) für eine Zirkulierung von Kühlmittelfluid innerhalb des Sockels (72) umfaßt.

8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem Einrichtungen (181, 183) umfaßt, die auf der Außenseite des Reaktors (60) zur Erwärmung der inneren Reaktorflächen (66 I, 67 I) auf eine vorherbestimmte Temperatur angeordnet sind, um Abscheidungen auf den Oberflächen zu verhindern.

9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem eine Quarzbeschichtung (83, 811) über dem Gasverteiler (80) und dem Klemmring (78) aufweist.

10. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem ein Wafertragblatt (76), das in und aus dem Vakuum bewegbar ist, und eine Waferwechseleinrichtung (79) zum Abheben des Wafers (75) von dem Blatt (76) aufweist, um den Wafer auf dem Sockel (72) zu positionieren und den Wafer (75) zu dem Blatt (76) zurückzubringen.

11. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem Einrichtungen (175, 176, 178, 180) für ein Einbringen von Gas unter Druck zwischen die Oberfläche (72B) des Sockels (72) und den Wafer (75) aufweist, um eine gleichmäßige Wärmeleitung zwischen dem Wafer (75) und dem Sockel (72) zu schaffen.

12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem mehrere Radialnuten (180) in der Oberfläche (72B) des Sockels (72) aufweist, die mit einer zentralen Öffnung (178) in Verbindung stehen, um einen Kühlgasstrom aus der Öffnung (178) zu dem Umfang der Sockeloberfläche (72B) zu führen.