DE69702825T2

DE69702825T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fotolackbeschichtung eines Substrats

Info

Publication number: DE69702825T2
Application number: DE69702825T
Authority: DE
Inventors: Dian Sugiarto; Timothy Weidman
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: TW358963B; DE69702825D1; EP0841593A1; EP0841593B1; KR100476152B1; US6090530A; KR19980042187A; JPH10189440A; US5885751A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Aufbringen einer Photolackschicht, insbesondere einer tiefen UV-Photolackschicht auf ein Substrat.
Das Aufbringen Plasma-polymerisierter Methylsilan (PPMS)-Photolackschichten wurde in einem Artikel von Weidman mit dem Titel "New photodefinable glass etch masks for entirely dry photolithography: Plasma deposited organosilicon hydride polymers", veröffentlicht in Applied Physics Letters, Band 62, Nr. 4, 25. Januar 1993, auf den Seiten 372-374; im US-Patent Nr. 5,439,780, das an Joshi et al. erteilt wurde, und einem Artikel von Weidman et al. mit dem Titel "All Dry Lithography: Applications of Plasma Polymerized Methylsilane as a Single Layer Resist and Silicon Dioxide Precursor", veröffentlicht im Journal of Photopolymer Science and Technology, Band 8, Nr. 4 (1995), auf den Seiten 679-686 beschrieben. Wie in diesen angegebenen Werken beschrieben ist, wird ein PPMS-Film, der eine Netzstruktur aus amorphem Organosilikon-Hydrid aufweist, durch eine Plasmapolymerisation eines Methylsilan-Kunststoffgases, abgelagert. Wenn der PPMS-Film einer UV-Strahlung beim Vorhandensein eines Oxidationsmittels, wie der Umgebungsluft, ausgesetzt wird, so unterliegen die ausgesetzten Teile des PPMS-Films einer Photooxidation, um ein glasartiges Siloxannetzwerkmaterial (PPMSO) auszubilden. Die sich ergebenden Muster können unter Verwendung einer Chlorplasmaätze entwickelt werden, um Negativtonmuster zu liefern. Wahlweise kann das entwickelte Muster weiter oxidiert und ausgeglüht werden, um das verbleibende Material in ein hartes Oxid umzuwandeln, das für die weitere Verarbeitung geeignet ist. Vorteilhafterweise werden die Schritte der Ablagerung, des Entwickelns, der Musterausbildung und des Ätzens alle in der Gasphase, das heißt, unter Verwendung von trockenen Plasmaverarbeitungstechniken durchgeführt.
Für die Verwendung in kommerziellen Verfahren muss der PPMS-Film folgen des aufweisen: (a) eine gute Stabilität, (b) eine hohe Lichtempfindlichkeit, und (c) eine hohe Beschichtungsrate. Die Stabilität eines Photoresistfilms bezieht sich auf seinen Widerstand gegen eine Verschlechterung der Belichtungs- und Verarbeitungseigenschaften, wenn der Film Oxidationsmitteln, wie dem Sauerstoff aus der Umgebung, ausgesetzt ist, nachdem der Film aus einer Beschichtungskammer entfernt wurde. In kommerziellen Verfahren kann es sein, dass der Film nicht direkt nach der Belichtung entwickelt wird. Somit wird, wenn der Film nicht stabil ist, sich das belichtete Muster abbauen, bevor der Film entwickelt wird. Die Lichtempfindlichkeit des Photoresistfilms ist die Belichtungsgröße (gemessen beispielsweise in m/cm&supmin;²), die notwendig ist, um Muster zu entwickeln, die in nachfolgenden Musterübertragungsschritten nützlich sind. Eine hohe Lichtempfindlichkeit wird in kommerziellen Prozessen gefordert, so dass eine kurze Belichtungszeit für jedes Substrat verwendet werden kann. Schließlich ist die Beschichtungsrate des Photoresistfilms (die beispielsweise in Å/min gemessen wird) die Rate, mit der die Filmdicke während der Beschichtung zunimmt. Für einen großen Durchsatz werden hohe Beschichtungsraten gefordert.
Die Verfahren für das Abscheiden der PPMS-Filme, die in den oben angegebenen Dokumenten beschrieben sind, sind für eine kommerzielle Verwendung nicht geeignet. Diese Dokumente beschreiben insbesondere eine Abscheidung eines PPMS- Films bei niedriger Temperatur (Umgebungstemperatur) und bei niedrigem Druck (ungefähr 500 mTorr (66,7 Pa)) zur Vermeidung einer Abscheidung von Teilchen. Die beschriebenen Abscheideraten bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck sind jedoch für kommerzielle Verfahren, die einen hohen Waferdurchsatz erfordern, zu niedrig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Abscheiden von PPMS-Photolackschichten bereit zu stellen, die die Abscheidung in einem kommerziell verwendbaren Maßstab ermöglichen.
Das bevorzugte Verfahren und die bevorzugte Vorrichtung der Erfindung, um diese Aufgabe zu lösen, sind in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, wohingegen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in den Unteransprüchen bean sprucht sind.
Die PPMS-Photolackschichten, die sich aus dem bevorzugten Verfahren und der bevorzugten Vorrichtung der Erfindung ergeben sind nützlich, da dünne, gleichförmige Filme, die frei von Gasblasen sind, für die Ausbildung kleiner Muster abgeschieden werden können, wobei diese Filme unter Verwendung von 248 nm und/oder 193 nm DUV belichtet und entwickelt werden können, um Muster mit sehr kleinen Einzelheiten auszubilden.
Gemäß einem Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein PPMS-Film bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ausgebildet. Vorteilhafterweise wird der sich ergebende PPMS-Film mit einer ausreichend hohen Abscheidungsrate abgeschieden und weist eine ausreichend hohe Stabilität und Lichtempfindlichkeit auf, damit er für kommerziell Anwendungen nützlich ist. Zusätzlich kann der PPMS-Film mit tiefem UV-Licht bei einer Wellenlänge von 193 nm mit einem Muster versehen werden, und gemäß der vorliegenden Erfindung kann er gleichförmig abgeschieden werden, während er im wesentlichen frei von Teilchen und Gasblasendefektstellen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein stabiler PPMS-Film, der eine hohe Lichtempfindlichkeit aufweist, auf einem Substrat abgeschieden, das auf eine Temperatur in einem Bereich von 50ºC bis 200ºC aufgeheizt wird, durch das Einführen eines Kunststoffgases, das aus Methylsilan besteht, mit einer Flussrate zwischen 20 sccm und 150 sccm in eine Abscheidungskammer, die auf einen Druck zwischen 1 Torr (133,3 Pa) und 2 Torr (266,6 Pa) gebracht wurde, und durch das Unterziehen des Kunststoffgases einer Plasma- Polymerisation durch das Anlegen einer RF-Energie zwischen 0,05 Wcm-2 bis 0,2 Wcm-2 an eine Elektrode in der Kammer.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Merkmale werden in den angefügten Ansprüchen und Unteransprüchen beschrieben.
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Detail in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1A und 1B sind vertikale Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung für eine Chemical Vapour Deposition gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1C und 1D sind perspektivische Explosionsdarstellungen der Teile der CVD-Kammer, die in Fig. 1A dargestellt ist;
Fig. 1E ist ein vereinfachtes Diagramm eines Systemüberwachungs- und CVD-Systems 10 in einem Mehrkammersystem, das eine oder mehrere Kammern einschließen kann;
Fig. 1F zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm der hierarchischen Steuerstruktur der Systemsteuersoftware, des Computerprogramms 70, gemäß einer speziellen Ausführungsform; und
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die bei der Ausbildung eines PPMS-Films gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.

1. Beispielhaftes CVD-System

Eine geeignete CVD-Maschine, in welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann, ist in den Fig. 1A und 1B gezeigt, wobei diese vertikale Querschnittsansichten eines Reaktors 10 für eine chemische Dampfabscheidung, der eine Vakuumkammer 15, die eine Kammerwand 15a und einen Kammerdeckel 15b einschließt, aufweist, darstellen. Die Teile der Kammer sind in den Fig. 1 C und 1D perspektivisch dargestellt.
Der Reaktor 10 enthält ein Gasgasverteilrohr 11 für das Verteilen der Verfahrensgase durch perforierte Löcher im Rohr auf einen (nicht gezeigten) Wafer, der auf einer Stützfläche 12a einer Aufnahmevorrichtung 12 liegt. Bevor die Verfahrensgase das Verteilrohr 11 erreichen, werden sie durch Gaszuführleitungen 18 in ein Mischsystem eingegeben, wodurch sie kombiniert werden, und dann an das Verteilrohr 11 ge schickt. Im allgemeinen umfassen die Gaszuführungsleitungen für jedes der Verfahrensgase (i) Sicherheitsabsperrventile (nicht dargestellt), die verwendet werden können, um automatisch oder manuell das Fliesen des Verfahrensgases in die Kammer abzusperren, und (ii) Massenflusssteuervorrichtungen (die ebenfalls nicht dargestellt sind), die den Fluss des Gases durch die Gaszuführungsleitungen messen.
Die geheizte Aufnahmevorrichtung 12 ist zentral im Reaktor 10 angeordnet, und die Stützfläche 12a, die eine flache (oder leicht konvexe) kreisförmige Fläche aufweist, trägt einen Halbleiterwafer oder ein Substrat (nicht dargestellt). Die Aufnahmevorrichtung 12 kann gesteuert zwischen einer unteren Lade/Entlade-Position (die in Fig. 1A dargestellt ist) und einer oberen Bearbeitungsposition (die durch die gestrichelte Linie 14 in Fig. 1A dargestellt und in Fig. 1B gezeigt ist), die sich dicht am Verteilrohr 11 befindet, bewegt werden. Eine (nicht dargestellte) Zentrierplatte umfasst Sensoren für das Bereitstellen von Information über die Position der Wafer. Die Stützfläche 12a verläuft parallel zur einer Verfahrensgasverteilungsfrontplatte 13a, die Löcher 13b aufweist (Fig. 1D), durch die Verfahrensgase in die Kammer 15 gelangen. Die Verfahrensgase fließen insbesondere durch das Einlassverteilrohr 11 und durch die Löcher 13b in einer konventionellen, flachen, kreisförmigen Gasverteilungsfrontplatte 13a in die Kammer.
Das Abscheideverfahren, das in dieser Beschreibung beschrieben wird, ist ein Plasma-induziertes Verfahren. Eine RF-Stromquelle 44 liefert elektrische Leistung zwischen die Gasverteilungsfrontplatte 13a und die Aufnahmevorrichtung 12, um die Verfahrensgase anzuregen, ein Plasma innerhalb des zylindrischen Gebiets zwischen der Frontplatte 13a und der Aufnahmevorrichtung 12 (was als "Reaktionsgebiet" bezeichnet werden soll) auszubilden. Die RF-Stromquelle 44 liefert typischerweise Leistung mit einer hohen RF-Frequenz (RF1) von 13,56 MHz. Die Bestandteile des Plasmas reagieren, um einen gewünschten Film auf der Oberfläche des Halbleiterwafers, der auf der Stützfläche 12a liegt, abzuscheiden.
Der Teil der Verfahrensgase, die nicht auf dem Substrat abgeschieden werden, und die gasförmigen Reaktionsprodukte werden durch eine (nicht dargestellte) Vaku umpumpe aus der Verfahrenskammer abgeführt. Insbesondere die Gase werden durch eine ringförmige, schlitzartige Öffnung 16, die das Reaktionsgebiet umgibt, in ein ringförmiges Plenum 17 abgeführt. Die ringförmige schlitzartige Öffnung 16 wird durch eine Lücke zwischen dem Kammerdeckel und der oberen dielektrischen Auskleidung 27 gebildet, und ein Abführplenum 17 wird durch einen Durchlass zwischen dem oberen Teil der zylindrischen Seitenwand 15a der Kammer (die einen Auskleidungsring 19 und die obere dielektrische Auskleidung 27 einschließt) und dem unteren Teil des kreisförmigen Kammerdeckels 20 gebildet. Die Gase fließen unterhalb eines sich seitlich erstreckenden Teils 21 des Abführplenums 17, an einer Beobachtungsöffnung 22 vorbei durch eine sich nach unten erstreckende Gasleitung 23 an einem Absperrventil (dessen Körper integral mit dem unteren Kammerboden 1 Sa ausgebildet ist) vorbei in den Abführauslaß 25, der eine Verbindung mit einer (nicht gezeigten) externen Vakuumpumpe bildet. Die Kreissymmetrie von 360º und die Gleichförmigkeit der schlitzartigen Öffnung 16 und des Abführplenums 17 sind wichtig, um einen gleichförmigen Fluss der Verfahrensgase über den Wafer zu erzielen, um einen gleichförmigen Film auf dem Wafer abzuscheiden.
Typischerweise wird eine Flüssigkeit durch die Wände 15a der Verfahrenskammer umgewälzt, um die Kammer auf einer kontrollierten Temperatur zwischen 20 ºC und 100ºC zu halten. Flüssigkeiten, die verwendet werden, um die Kammerwände 15a zu heizen, umfassen typische Flüssigkeiten, das sind thermische Ethylenglykol- Transferflüssigkeiten auf Wasserbasis oder thermische Transferflüssigkeiten auf Ölbasis.
Die Aufnahmevorrichtung 12 (die vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist) wird unter Verwendung eines vollständig doppelt gewendeten, einschleifigen eingebetteten Heizelements, das konfiguriert ist, um parallele konzentrische Kreise auszubilden, geheizt. Ein äußerer Teil des Heizelements verläuft neben einem Umfang des Stützplatte, während ein innerer Teil auf einem Weg eines konzentrischen Kreises, der einen kleineren Radius aufweist, verläuft. Die Verdrahtung zum Heizelement geht durch die Stange der Aufnahmevorrichtung 12 hindurch. Alternativ kann die Tempe ratur der Aufnahmevorrichtung durch das Umwälzen einer in der Temperatur gesteuerten Flüssigkeit durch eine eingebettete Schleife gesteuert werden.
Typischerweise sind die Kammerauskleidung, die Frontplatte des Gaseinlassverteilrohres und andere Teile des Reaktors insgesamt oder zum Teil aus einem Material, wie eloxiertem Aluminium oder einem Aluminiumoxid (Tonerde) hergestellt. Ein Beispiel einer solchen CVD-Vorrichtung ist im US-Patent 5,558,717 beschrieben.
Ein Anhebemechanismus und ein Motor 32 heben und senken die Aufnahmevorrichtung 12 und die Waferhebestifte 12b, wenn Wafer durch einen Roboterschaufel (die nicht dargestellt ist) durch eine Einschub/Entfernungs-Öffnung 26 an der Seite der Kammer 15 in den Körper der Kammer hinein und daraus heraus bewegt werden. Der Motor 32 hebt und senkt die Aufnahmevorrichtung 12 zwischen einer Verarbeitungsposition 14 und einer niedrigeren Waferladeposition.
Der Motor 32, die Ventile und die Flusssteuervorrichtungen, die mit den Gaszuführungsleitungen 18 verbunden sind, das Gasmischsystem, die Drosselklappe 24, die RF-Stromquelle 44 und das Substratheizsystem werden durch eine Systemsteuerung 31 über Steuerleitungen 36, von denen nur einige dargestellt sind, gesteuert. Die Systemsteuerung steuert die Systemelemente durch das Ausführen der Systemsteuersoftware, die in einem Speicher 38 gespeichert ist, wobei es sich beim Speicher in der bevorzugten Ausführungsform um ein Festplattenlaufwerk handelt. Die Motoren und optischen Sensoren werden verwendet, um bewegliche mechanische Vorrichtungen, wie die Drosselklappe und die Aufnahmevorrichtung, zu bewegen und deren Position zu bestimmen.
Die Systemsteuerung 31 steuert alle Aktivitäten der CVD-Maschine. Die Systemsteuerung führt eine Systemsteuersoftware aus, wobei es sich hierbei um ein Computerprogramm handelt, das in einem vom Computer lesbaren Medium, wie einem Speicher 38, gespeichert ist. Vorzugsweise handelt es sich beim Speicher 38 um ein Festplattenlaufwerk, wobei der Speicher 38 auch in anderer Form ausgebildet sein kann. Das Computerprogramm umfasst Befehlssätze, die die Zeitsteuerung, die Mischung der Gase, den Kammerdruck, die Kammertemperatur, die RF-Leistungspegel, die Position der Aufnahmevorrichtung und andere Parameter eines speziellen Verfahrens bestimmen. Natürlich können auch andere Computerprogramme, wie solche, die auf einer anderen Speichervorrichtung, wie beispielsweise einer Floppy-Disk oder einem anderen passenden Laufwerk, gespeichert sind, ebenfalls verwendet werden, um den Prozessor 37 zu betreiben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Systemsteuerung ein Festplattenlaufwerk (Speicher 38), ein Diskettenlaufwerk und ein Kartengestell. Das Kartengestell enthält einen Einplatinencomputerprozessor (SBC-Prozessor) 37, analoge und digitale Eingabe/Ausgabe-Karten, Schnittstellenkarten und Schrittmotorsteuerkarten. Verschiedene Teile des CVD-Systems 10 entsprechen der Norm Versa Modular European (VME), die Karten, Kartengehäuse und Abmessungen und Typen von Verbindungsvorrichtungen definiert. Die VME-Norm definiert auch die Busstruktur, die einen 16-Bit Datenbus und einen 24-Bit Adressbus aufweist.
Die Schnittstelle zwischen einem Benutzer und einem Prozessor 37 wird über einen Monitorbildschirm 50a und einen Lichtstift 50b, die in Fig. 1E gezeigt sind, ausgeführt, wobei Fig. 1E ein vereinfachtes Diagramm des Systemmonitors und CVD-Systems 10 in einem Mehrkammersystem, das eine oder mehrere Kammern einschließen kann, darstellt. In der bevorzugten Ausführungsform werden zwei Monitore 50a verwendet, wobei einer in der Wand des Reinraums für die Bedienpersonen und der andere hinter der Wand für die Servicetechniker montiert ist. Beide Monitore 50a zeigen gleichzeitig dieselbe Information, wobei aber nur ein Lichtstift 50b freigeschaltet ist. Ein Lichtsensor in der Spitze des Lichtstiftes 50b detektiert Licht, das vom Anzeigebildschirm ausgestrahlt wird. Um einen speziellen Schirm oder eine Funktion auszuwählen, berührt die Bedienperson ein bezeichnetes Gebiet auf dem Anzeigeschirm und drückt den Knopf auf dem Stift 50b. Das berührte Gebiet ändert seine hervorgehobene Farbe, oder es wird ein neues Menü auf dem Schirm angezeigt, was die Kommunikation zwischen dem Lichtstift und dem Anzeigeschirm bestätigt. Natürlich können andere Vorrichtungen, wie eine Tastatur, eine Maus oder eine andere Zeige- oder Kommunikationsvorrichtung statt des Lichtstiftes 50b oder zusätzlich zu ihm verwendet werden, um es dem Benutzer zu gestatten, mit dem Prozessor 37 zu kommunizieren.
Das Verfahren für das Abscheiden des Films kann unter Verwendung eines Computerprogrammprodukts, das durch einen Prozessor 37 ausgeführt wird, implementiert werden. Der Computerprogrammcode kann in irgend einer konventionellen vom Computer lesbaren Programmiersprache, wie der 68000 Assemblersprache, C, C++, Pascal oder Fortran geschrieben sein. Ein geeigneter Programmcode wird in eine einzelne Datei oder in mehrere Dateien unter Verwendung eines konventionellen Texteditors eingegeben und in einem vom Computer nutzbaren Medium, wie einem Speichersystem des Computers, gespeichert oder verkörpert. Wenn der eingegebene Codetext in einer höheren Programmiersprache geschrieben ist, wird der Code kompiliert und der sich ergebende Compilercode mit einem Objektcode von im Vorhinein kompilierten Fensterbibliotheksroutinen verbunden. Um den verbundenen kompilierten Objektcode auszuführen, ruft der Systemnutzer den Objektcode auf, was das Computersystem veranlasst, den Code in den Speicher zu laden, von wo die CPU den Code ausliest und ausführt, um die Aufgaben auszuführen, die im Programm angegeben sind.
Fig. 1F zeigt ein erläuterndes Blockdiagramm der hierarchischen Steuerstruktur des Systemsteuersoftware und des Computerprogramms 70, gemäß einer speziellen Ausführungsform. Unter Verwendung einer Lichtstiftschnittstelle gibt ein Benutzer eine Verfahrenssatznummer und eine Verfahrenskammernummer in ein Verfahrensauswahlunterprogramm 73 in Erwiderung auf Menüs oder Schirme, die auf dem Kathodenstrahlmonitor angezeigt werden, ein. Die Verfahrenssätze sind vorbestimme Sätze von Verfahrenparametern, die notwendig sind, um spezielle Verfahren auszuführen, und sie werden durch vordefinierte Satzzahlen identifiziert. Das Verfahrensauswahlunterprogramm 73 identifiziert (i) die gewünschte Verfahrenskammer und (ii) den gewünschten Satz von Verfahrensparametern, die benötigt werden, um die Verfahrenskammer für das Durchführen des gewünschten Verfahrens zu betreiben. Die Verfahrensparameter für das Durchführen eines speziellen Verfahrens betreffen Verfah rensbedingungen, wie beispielsweise die Verfahrensgaszusammensetzung und die Flussraten, die Temperatur, den Druck, die Plasmazustände, wie RF-Leistungspegel und die niedrige Frequenz der RF-Frequenz, den Kühlgasdruck, die Kammerwandtemperatur, und sie werden dem Benutzer in Form einer Anleitung geliefert. Die Parameter, die durch die Verfahrensanleitung spezifiziert werden, werden unter Verwendung der Lichstift/Kathodenstrahlmonitor-Schnittstelle eingegeben.
Die Signale für das Überwachen des Verfahrens werden durch die analogen und digitalen Eingabekarten der Systemsteuerung bereit gestellt, und die Signale für das Steuern des Verfahrens werden auf den analogen und digitalen Ausgabekarten des CVD-Systems 10 ausgegeben.
Ein Verfahrensablaufsteuerungsunterprogramm 75 umfasst einen Programmcode für das Annehmen der identifizierten Verfahrenskammer und des Satzes von Verfahrensparametern vom Verfahrensauswahlunterprogramm 73 und für das Steuern des Betriebs der verschiedenen Verfahrenskammern. Mehrere Benutzer können Verfahrenssatznummern und Verfahrenskammernummern eingeben, oder ein Benutzer kann mehrere Verfahrenssatznummern und Verfahrenskammernummern eingeben, so dass das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 arbeitet, um die ausgewählten Verfahren in der gewünschten Reihenfolge auszuführen. Vorzugsweise umfasst das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 einen Programmcode, um die Schritte der (i) Überwachung des Betriebs der Verfahrenskammern, um zu bestimmen, ob die Kammern verwendet werden, (ii) die Bestimmung, welche Verfahren in den verwendeten Kammern ausgeführt werden, und (iii) das Ausführen der gewünschten Verfahren auf der Basis der Verfügbarkeit einer Verfahrenskammer und dem Typ des auszuführenden Verfahrens durchzuführen. Es können konventionelle Verfahren zur Überwachung von Verfahrenskammern, wie das zyklische Abfragen, verwendet werden. Bei der Festlegung, welches Verfahren auszuführen ist, berücksichtigt das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 den aktuellen Zustand der verwendeten Verarbeitungskammer im Vergleich zu den gewünschten Verfahrensbedingungen für ein ausgewähltes Verfahren oder das "Alter" jeder speziellen vom Benutzer eingegebenen Anforderung oder irgend einen anderen relevanten Faktor, von dem ein Systemprogrammierer wünscht, ihn für die Bestimmung der Ausführungsprioritäten einzuschließen.
Wenn das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 bestimmt hat, welche Verfahrenskammer und welche Verfahrensatzkombination als nächstes verwendet beziehungsweise ausgeführt werden sollen, veranlasst das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 die Ausführung der Verfahrenssätze, indem die speziellen Verfahrenssatzparameter an ein Kammerverwaltungsunterprogramm 77a-c gegeben werden, wobei dieses mehrere Verarbeitungsaufgaben in einer Verarbeitungskammer 15 gemäß dem Verfahrenssatz, der durch das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 bestimmt wurde, steuert. Beispielsweise umfasst das Verarbeitungskammerunterprogramm 77a einen Programmcode für das Steuern des Sputterns und der CVD-Verfahrensoperationen in der Verfahrenskammer 15. Das Kammerverwaltungsunterprogramm 77 steuert auch die Ausführung verschiedener Kammerkomponentenunterprogramme, die den Betrieb der Kammerkomponenten steuern, die notwendig sind, um den ausgewählten Verfahrenssatz auszuführen. Beispiele von Kammerkomponentenunterprogrammen sind das Substratpositionierunterprogramm 80, das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83, das Drucksteuerungsunterprogramm 85, das Heizungssteuerungsunterprogramm 87 und das Plasmasteuerungsunterprogramm 90. Fachleute werden leicht erkennen, dass andere Kammersteuerunterprogramme in Abhängigkeit davon, welche Verfahren in der Verfahrenskammer 15 ausgeführt werden sollen, eingeschlossen werden können. Im Betrieb wählt das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a ausgewählt Verfahrenskomponentenunterprogramme gemäß dem speziellen Verfahrenssatz, der ausgeführt wird, aus oder ruft diese auf. Das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a ordnet die Verfahrenskomponentenunterprogramme in ähnlicher Weise wie das Ablaufsteuerungsunterprogramm 75 anordnet, welche Verfahrenskammer 15 und welcher Verfahrenssatz als nächstes ausgeführt werden sollen. Typischerweise umfasst das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a Schritte der Überwachung der verschiedenen Kammerkomponenten, der Bestimmung, welche Komponenten auf der Basis der Verfahrensparameter für den auszuführenden Verfahrenssatz betrieben werden müssen, und der Veranlassung der Ausführung eines Kammerkomponentenunterprogramms in Erwiderung auf die Überwachungs- und Bestimmungsschritte.
Der Betrieb der speziellen Kammerkomponentenunterprogramme wird nun unter Bezug auf Fig. 1F beschrieben. Das Substratpositionierunterprogramm 80 umfasst einen Programmcode für das Steuern der Kammerkomponenten, die verwendet werden, um das Substrat auf die Aufnahmevorrichtung 12 zu laden, und wahlweise, um das Substrat auf eine gewünschte Höhe in der Kammer 15 zu heben, um den Abstand zwischen dem Substrat und dem Gasverteilungsrohr 11 zu steuern. Wenn ein Substrat in die Verarbeitungskammer 15 geladen wird, wird die Aufnahmevorrichtung 12 abgesenkt, um das Substrat aufzunehmen, und danach wird die Aufnahmevorrichtung 12 auf die gewünschte Höhe in der Kammer angehoben, um das Substrat in einer ersten Distanz oder einem Abstand vom Gasverteilungsrohr während des CVD-Verfahrens zu halten. Im Betrieb steuert das Substratpositionierunterprogramm 80 die Bewegung der Aufnahmevorrichtung in Erwiderung auf Verfahrenssatzparameter, die sich auf die Abstützhöhe beziehen und die vom Kammerverwaltungsunterprogramm 77a überführt werden.
Das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 hat einen Programmcode für das Steuern der Verfahrensgaszusammensetzung und der Flussraten. Das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 steuert die offene/geschlossene Position der Sicherheitsabsperrventile und es steuert auch die Massenflusssteuervorrichtungen in ansteigender oder abfallender Richtung, um die gewünschte Gasflussrate zu erhalten. Das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 wird durch das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a aufgerufen, wie dies bei allen Kammerkomponentenunterprogrammen der Fall ist, und es empfängt vom Kammerverwaltungsunterprogramm Verfahrensparameter, die sich auf die gewünschten Gasflussraten beziehen. Typischerweise arbeitet das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83, indem es die Gaszuführungsleitungen öffnet und wiederholt (i) die notwendigen Massenflusssteuervorrichtungen abliest, (ii) die Ablesungen mit den gewünschten Flussraten, die vom Kammerverwaltungsunterprogramm 77a empfangen werden, vergleicht, und (iii) die Flussraten der Gaszufüh rungsleitungen einstellt, sofern das notwendig ist. Weiterhin umfasst das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 die Schritte für die Überwachung der Gasflussraten bei unsicheren Raten und für die Aktivierung der Sicherheitsabsperrventile, wenn ein unsicherer Zustand detektiert wird.
Bei einigen Verfahren wird ein Inertgas, wie Argon oder Stickstoff, in die Kammer 15 eingeleitet, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, bevor reaktionsfähige Verfahrensgase in die Kammer eingeführt werden. Für diese Verfahren wird das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 so programmiert, dass es Schritte für das Einleiten des Inertgases in die Kammer 15 während einer Zeit, die notwendig ist, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, einschließt, wobei dann die oben beschriebenen Schritte ausgeführt werden. Wie oben diskutiert wurde, werden die gewünschten Verfahrensgasflußraten zum Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 als Prozessparameter überführt. Weiterhin umfasst das Verfahrensgassteuerungsunterprogramm 83 Schritte für das Erhalten der notwendigen Liefergasflussrate, den Druck des Druckmischers und der Temperatur des Druckmischers für die gewünschte Verfahrensgasflussrate durch Zugriff auf eine gespeicherte Tabelle, die die notwendigen Werte für eine gegebene Verfahrensgasflussrate enthält. Wenn die notwendigen Werte erhalten wurden, so werden die Liefergasflussrate, der Druck des Druckmischers und die Temperatur des Druckmischers überwacht, mit den benötigten Werten verglichen und entsprechend eingestellt.
Das Drucksteuerungsunterprogramm 85 umfasst einen Programmcode für das Steuern des Drucks in der Kammer 15 durch das Regulieren der Größe der Öffnung der Drosselklappe im Abzugssystem der Kammer. Die Größe der Öffnung der Drosselklappe wird eingestellt, um den Kammerdruck auf den gewünschten Pegel in Bezug auf den gesamten Verfahrensgasfluß, die Größe der Verfahrenskammer und den Pumpsollwertdruck für das Abzugssystem zu steuern. Wenn das Drucksteuerungsunterprogramm 85 aufgerufen wird, so wird der gewünschte Druckpegel oder der Solldruckpegel als ein Parameter vom Kammerverwaltungsunterprogramm 77a empfangen. Das Drucksteuerungsunterprogramm 85 arbeitet, um den Druck in der Kammer 15 durch das Ablesen von einem oder mehreren konventionellen Druckmessern, die mit der Kammer verbunden sind, zu messen, um den oder die gemessenen Werte mit dem Solldruck zu vergleichen, um PID-Werte (proportional, integral und differential) aus einer gespeicherten Drucktabelle, die dem Solldruck entsprechen, zu erhalten, und die Drosselklappe gemäß den PID-Werten, die aus der Drucktabelle erhalten wurden, einzustellen. Alternativ kann das Drucksteuerungsunterprogramm 85 so geschrieben sein, dass es die Drosselklappe auf eine spezielle Öffnungsgröße öffnet oder schließt, um die Kammer 15 auf den gewünschten Druck zu regulieren.
Das Heizungssteuerungsunterprogramm 87 umfasst einen Programmcode für das Steuern des Stroms zur Heizungseinheit, die verwendet wird, um das Substrat 20 zu heizen. Das Heizungssteuerungsunterprogramm 87 wird auch durch das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a aufgerufen und empfängt einen Zieltemperaturparameter oder einen Solltemperaturparameter. Das Heizungssteuerungsunterprogramm 87 misst die Temperatur durch das Messen der ausgegebenen Spannung eines Thermoelements, das in der Aufnahmevorrichtung 12a angeordnet ist, vergleicht die gemessene Temperatur mit der Solltemperatur und erhöht oder erniedrigt den Strom, der an die Heizungseinheit gelegt wird, um die Solltemperatur zu erreichen. Die Temperatur erhält man aus der gemessenen Spannung durch das Nachschauen der entsprechenden Temperatur in einer gespeicherten Umwandlungstabelle oder durch das Berechnen der Temperatur unter Verwendung eines Polynoms vierter Ordnung. Wenn eine eingebettete Schleife verwendet wird, um die Aufnahmevorrichtung 12a zu heizen, so steuert das Heizungssteuerungsunterprogramm 87 allmählich einen rampenförmigen Anstieg/Abfall des Stroms, der an die Schleife angelegt wird. Zusätzlich kann eine eingebaute Sicherungsbetriebsart eingeschlossen sein, um die Verfahrenssicherheit zu überwachen, wobei ein Abschalten der Heizungseinheit durchgeführt werden kann, wenn die Verfahrenskammer 15 nicht passend eingerichtet wird.
Das Plasmasteuerungsunterprogramm 90 umfasst einen Programmcode für das Einstellen von Hochfrequenz-RF-Leistungspegeln, die auf die oberen Elektroden in der Kammer 15 angewandt werden. Ähnlich wie bei den vorher beschriebenen Kammer komponentenunterprogrammen wird das Plasmasteuerungsunterprogramm 90 durch das Kammerverwaltungsunterprogramm 77a aufgerufen.
Die obige Beschreibung des Reaktors dient nur zur Erläuterung, und es kann eine ähnliche Plasma-CVD-Ausrüstung innerhalb der spezifizierten Betriebsparameter verwendet werden, um geeignete nützliche Filme zu erzeugen. Zusätzlich sind Variationen des oben beschriebenen Systems, wie Variationen in der Gestaltung der Aufnahmevorrichtung, der Gestaltung des Heizung, der RF-Leistungsfrequenzen, des Ortes der RF-Leistungsverbindungen und anderer Punkte möglich. Die Schicht und das Verfahren für das Ausbilden einer solchen Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf irgend eine spezielle Vorrichtung oder auf ein spezielles Verfahren zur Anregung des Plasmas beschränkt.

II. Abscheiden einer stabilen, stark lichtempfindlichen Widerstandsschicht

Beispiel 1

In einer ersten Ausführungsform wurde ein PPMS-Abscheideverfahren in einer Kammer durchgeführt, wie sie oben im Teil I beschrieben wurde, das heißt, einer 200 mm DxZ Kammer, die durch Applied Materials Inc. aus Santa Clara in Kalifornien hergestellt wird, die eine genormte 200 mm Silanfrontplatte und eine Blockierungsplatte aufweist, und eine genormte 200 mm Aufnahmevorrichtung mit einer Widerstandsheizung wurde mit einem Centura Hauptrahmen, der auch von der Firma Applied Materials Inc. hergestellt wird, verbunden. Das verbesserte Verfahren für das Abscheiden des PPMS-Films auf einem 200 mm Substrat wird nun unter Bezug auf das Flussdiagramm der Fig. 2 beschrieben. Nach der Stabilisierung des Kammerdrucks auf einen Verarbeitungsdruck zwischen 1 und 2 Torr (133,3 Pa bis 266,6 Pa) und dem Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur zwischen 50ºC und 200ºC, wird der PPMS-Film durch das Einleiten eines Kunststoffgases aus Methylsilan in die Kammer mit einer Flussrate zwischen 20 bis 150 sccm und das Zünden eines Plasmas abgeschieden.
Die Leistung, die an die Plasmaelektrode angelegt wird, hat einen Wert zwischen 50 und 200 Watt. In der Kammer der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Fläche der Leistungselektrode ungefähr 103 cm², so dass die Leistung pro Flächeneinheit der Elektrode zwischen 0,05 Wcm&supmin;² und 0,20 Wcm&supmin;² liegt. Der Elektrodenabstand beträgt zwischen 7,6 und 17,8 mm (300 und 700 mils).
Die Abscheiderate des PPMS-Films lag zwischen 0,1 und 0,2 nm/min (1000 und 2000 Å/min), was für kommerzielle Anwendungen ausreichend hoch ist. Die abgeschiedenen Filme zeigten eine hohe Stabilität, eine hohe Lichtempfindlichkeit und eine gute Ätzauflösung. Die Stabilität wurde durch die Änderung des Brechungsindexes des Films über der Zeit gemessen. Die Filme wurden insbesondere für 24 Stunden im Dunkeln bei Atmosphärendruck gehalten und sie zeigten eine Änderung des Brechungsindexes von weniger als 0; 10, das heißt, einen Abfall von den anfänglichen Werten von 1,74 - 1,75 auf ungefähr 1,66. Weiterhin zeigten die abgeschiedenen Filme eine Ätzauflösung von 5 : 1 von PPMS/PPMSO (PPMSO ist das Material, das durch eine Photooxidation von PPMS erzeugt wird) nach einer Belichtung mit einer Dosis von 50 mJ/cm² mit einem breitbandigen tiefen UV-Licht.

Beispiel 2

PPMS-Filme mit nominal 0,1 bis 0,2 um (1000 bis 2000 Å) wurden auf einem 200 mm Wafer in der oben beschriebenen DxZ Kammer abgeschieden. Die Filme wurden bei den folgenden Systembetriebsparametern abgeschieden:
Leistung (RF) 90 Watt
Druck 226,6 Pa (1,7 Torr)
Substrattemperatur 150ºC
Temperatur der Kammerwand 65ºC
Elektrodenabstand 14,6 mm (575 mil)
CH&sub3;SiH&sub3; Flussrate 80 sccm
Die Filme wurden unter Verwendung der folgenden Instrumente und Messtechniken untersucht: Die Gleichförmigkeit des Films hinsichtlich der Dicke wurde unter Verwendung eines Prometrix SM-300 (49 Punkt, 6 mm Kantenausschluss) gemessen; der Brechungsindex und die Dicke wurden unter Verwendung eines Rudolf- Doppelwellenlängenellipsometers gemessen; und die Teilchen wurden unter Verwendung eines Tencor-Surfscan überwacht. Wir erhielten die folgenden Ergebnisse:
Abscheiderate 0,2 um/min (2000 Amin)
Gleichförmigkeit (49 Punkt, 6 mm)
innerhalb des Wafers 1,6%
von Wafer zu Wafer 2,7%
Brechungsindex (RI) 1,74
RI-Variation (49 Punkt, 6 mm)
innerhalb des Wafers 0,017
von Wafer zu Wafer 0,022
Stabilität
RI 1 Stunde nach Abscheiden 1,72
Lichtempfindlichkeit
RI nach Belichtung mit breitbandigem DUV (50 mJ/cm²) 1,53
Zusätzlich war die Zahl der detektierten Teilchen niedrig genug, um eine niedrige Defektdichte zu garantieren. Es wurde beobachtet, dass eine höhere Temperatur des aktuellen Verfahrens im Vergleich zu den vorher angegebenen Bedingungen, die Ausbildung oder das Abscheiden von Teilchen auf dem Wafer verminderte und die Stabilität solcher Filme bei einer Lagerung in Luft verbesserte. Somit kann durch die Verwendung einer erhöhten Temperatur und eines erhöhten Drucks ein Film mit einer hohen Abscheiderate abgeschieden werden, wobei er ausreichend stabil und frei von Teilchendefekten ist, so dass er für das Ausbilden von Mustern mit kleinen Einzelhei ten nützlich ist.
Die Erfindung wurde nun unter Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Alternativen und Ersatzlösungen werden für Fachleute nun deutlich sein. Insbesondere wurden die Verfahrensparameter in Bezug auf die speziellen Kammern und Substratgrößen beschrieben. Diese Parameter können für andere Kammern und Substratgrößen maßstäblich geändert werden, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird die Flussrate des Kunststoffgases mit der Wafergröße und dem Kammervolumen variieren. Für die oben beschriebenen Verfahren, wird jedoch für einen 200 mm Wafer eine Schicht von 1000 Å mit einer Flussrate des Kunststoffgases von 80 sccm während 30 Sekunden abgeschieden. Somit beträgt das Volumen des Methylsilans, das notwendig ist, um den Film auszubilden 40 scc. Obwohl eine präzise Formel für das maßstäbliche Ändern nicht praktikabel ist, wird ein Fachmann in Anbetracht der obigen Beschreibung befähigt, die Flussrate maßstäblich zu ändern, um die korrekte Menge des Kunststoffgases in die Kammer zu leiten. In ähnlicher Weise wird die Leistung, die an die Elektrode angelegt wird, über der Oberfläche der Elektrode verteilt. Somit kann die Leistung, die für eine Gebietseinheit angelegt wird, für verschiedene Kammern maßstäblich geändert werden. Weiterhin sind die Bereiche der Parameterwerte, die oben beschrieben wurden, in Verbindung mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dargestellt und sie beschränken die Erfindung nicht. Somit ist es nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung weiter als durch die angefügten Ansprüche zu begrenzen.

Claims

1. Verfahren zur Photolackbeschichtung eines Substrats, das in einer Verarbeitungskammer angeordnet ist, wobei die Verarbeitungskammer angekoppelt ist, um eine Strömung aus einem Kunststoffgas aufzunehmen, eine Elektrode zum Zünden eines Plasmas, ein Vakuumsystem zum Evakuieren der Kammer auf einen gewünschten Druck und ein Substratheizsystem aufweist, um thermische Energie zuzuführen, um das Substrat aufzuheizen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Einstellen eines Arbeitsdruckes in der Kammer zwischen 1 Torr (133,3 Pa) und 2 Torr (266,6 Pa);

Aufheizen des Substrats auf eine Temperatur zwischen 50ºC und 200ºC;

Einströmenlassen eines Kunststoffgases aus Methylsilan in die Kammer;

Zuführen von elektrischer Energie an die Elektrode, um ein Plasma zu zünden, um das Methylsilan-Kunststoffgas durch das Plasma zu polymerisieren und eine plasmapolymerisierte Methylsilan (PPMS)-Schicht auf dem Substrat abzuscheiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt der Zuführung elektrischer Energie das Liefern der elektrischen Energie in Form von elektrischer RF Energie bei 13,56 MHz und einer Leistung mit einer Größe zwischen 0,05 und 0,2 Watt/cm² an die Elektrode umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Schritt des Einströmenlassens des Kunststoffgases das Einstellen der Gasströmung auf eine Größe zwischen 20 und 150 sccm umfasst.

4. Vorrichtung zur Photolackbeschichtung eines Substrates umfassend:

eine Vakuumkammer (15) und einen Substrathalter (12), der in der Vakuumkammer zum Halten eines Substrates angeordnet ist;

eine Elektrode (13a), die in der Vakuumkammer angeordnet ist;

ein Substratheizsystem zur Zufuhr thermischer Energie, um das Substrat aufzuheizen;

ein Gasverteilungssystem (11), das an die Vakuumkammer gekoppelt ist, um ein Gas, das Methylsilan umfasst, an die Vakuumkammer zuzuführen;

eine RF-Stromquelle (44), die mit der Elektrode gekoppelt ist, um RF-Energie zuzuführen, um ein Plasma aufzubauen;

ein Vakuumsystem, um den Druck in der Vakuumkammer zu produzieren;

eine Systemsteuereinheit (31) mit einem Rechner (37) zur Steuerung des Gasverteilungssystems (18, 11), der RF-Stromquelle (44), des Substratheizsystems und des Vakuumsystems; und

einen Speicher (38), der an der Steuereinheit angekoppelt ist und ein computerlesbares Programmmedium umfasst, auf dem ein computerlesbarer Programmcode enthalten ist, um die Betriebsweise des Substratverarbeitungssystems zu steuern, wobei der computerlesbare Programmcode umfasst:

einen computerlesbaren Programmcode (85), um zu bewirken, dass das Vakuumsystem den Druck in der Vakuumkammer auf einen Druck zwischen 1 Torr (133,3 Pa) und 2 Torr (266,6 Pa) stabilisiert;

einen computerlesbaren Programmcode (87), um zu bewirken, dass das Substratheizsystem das Substrat auf eine Temperatur zwischen 50ºC und 200ºC aufheizt;

einen computerlesbaren Programmcode (83), um zu bewirken, dass das Gasverteilungssystem (8, 11) ein Gas, welches Methylsilan umfasst, in die Vakuumkammer einführt und um zu bewirken, dass die RF-Stromquelle (44) das Gas mit RF-Energie anregt, um das Gas einer Plasma-Polymerisation zu unterziehen, um eine Plasma-polymerisierte Schicht aus Methylsilan über dem Substrat auszubilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin der computerlesbare Code (90), um zu bewirken, dass die RF-Stromquelle das Gas anregt, bewirkt, dass die RF-Stromquelle (44) zwischen 0,05 und 0,2 Wcm&supmin;² RF-Leistung an die Elektrode (13a) zuführt, um ein Plasma niedriger Energie zu bilden, um das Methylsilan einer Plasmapolymerisation zu unterziehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin der computerlesbare Code (83), um zu bewirken, dass das Gasverteilungssystem Gas einführt, bewirkt, dass das Gasverteilungssystem das Gas mit einer Flussrate von zwischen 20 bis 150 sccm einführt.