DE69727624T2

DE69727624T2 - Induktiv gekoppelter HDP-CVD-Reaktor

Info

Publication number: DE69727624T2
Application number: DE69727624T
Authority: DE
Inventors: Fred C. Fremont Redeker; Moghadam Los Gatos Farhad; Hiroji Sunnyvale Hanawa; Tetsuya Santa Clara Ishikawa; Dan Los Altos Hills Maydan; Shijian San Jose Li; Brian Mountain View Lue; Robert Cupertino Steger; Yaxim San Jose Wang; Manus San Jose Wong; Ashok Palo Alto Sinha; Fred Romuald Cupertino Nowak; Kaveh No. 308 Santa Clara Niazi; Kenneth Sunnyvale Smyth; Pavel San Jose Staryuik; Padmanabham Mountainview Krishhanaraj; Laxman Fremont Murugesh; Kent San Jose Rossman
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: EP0819780A2; TW363212B; DE69727624D1; JP2008091938A; KR980011769A; US6182602B1; KR100268158B1; EP0819780A3; EP0819780B1; US6170428B1; JPH10116826A; JP4688983B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Halbleitersubstraten, und insbesondere auf ein Gerät zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) mit hochdichtem Plasma (HDP) für eine Abscheidung von Filmen, vorzugsweise αC, αFC, SiN, SiON, dotiertes und undotiertes SiO₂ und BiN, auf Substraten.
Für Halbleiterbehandlungen, wie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), das Ätzen, die reaktive lonenätzung, usw., verwendete Plasmageräte verwenden gewöhnlich entweder eine induktive Einkoppelung oder eine kapazitive Einkoppelung, um ein Plasma zu zünden und aufrechtzuerhalten. Ein Vorteil von induktiv eingekoppelten Plasmen gegenüber kapazitiv eingekoppelten Plasmen besteht darin, dass das induktiv eingekoppelte Plasma mit einer viel geringeren Vorspannung auf einem Substrat erzeugt wird, was die Wahrscheinlichkeit seiner Beschädigung verringert. Außerdem haben induktiv eingekoppelte Plasmen eine höhere lonendichte und ergeben dadurch höhere Abscheidungsraten und größere mittlere freie Weglängen, während bei viel niedrigeren Drucken als bei kapazitiv eingekoppelten Plasmen gearbeitet wird. Diese Vorteile erlauben während der Behandlung eine Zerstäubung und/oder lonenrichtbarkeit in situ.
Neuerdings hat man CVD-Verfahren mit hochdichtem Plasma (HDP) verwendet, um eine Kombination von chemischen Reaktionen und physikalischem Zerstäuben zu erhalten. HDP-CVD-Verfahren begünstigen die Dissoziation der Reaktionsteilnehmergase durch das Anlegen von Hochfrequenzenergie (HF) in die Reaktionszone in der Nähe der Substratoberfläche, wodurch ein Plasma mit hochreaktiven Ionenspezies erzeugt wird. Die relativ nicht reaktiven Ionenbestandteile, d.h. Ar, erhalten einen hohen Impuls (e-Feld), der dazu verwendet wird, abgeschiedenes Filmmaterial selektiv von speziellen Bereichen längs des Profils des Films basierend auf einer Zerstäubungsergiebigkeitskurve zu entfernen. Die hohe Reaktivität der freige setzten Ionenspezies verringert die Energie, die für das Stattfinden einer chemischen Reaktion erforderlich ist, wodurch die erforderliche Temperatur für diese Prozesse erniedrigt wird.
Das Ziel der meisten HDP-CVD-Prozesse ist die Abscheidung eines Films mit gleichförmiger Dicke über der Oberfläche eines Substrats, während auch für eine gute Spaltfüllung zwischen Linien und anderen Formen gesorgt wird, die auf dem Substrat ausgebildet sind. Die Abscheidungsgleichförmigkeit und die Spaltkontaktlochfüllung sind sehr empfindlich gegenüber der Quellenform, den Gasstromänderungen, der Quellenhochfrequenz-Generatorleistung, der Vorspannungshochfrequenz-Generatorleistung, der Gasdüsenauslegung einschließlich der Symmetrie in der Verteilung der Düsen, der Anzahl der Düsen, der Höhe, in der die Düsen über dem Substratträger angeordnet sind, und der seitlichen Position der Düsen bezogen auf den Substratträger. Diese Variablen ändern sich, wenn sich die in dem Gerät ausgeführten Prozesse und Prozessgase ändern.
Ein bei der Halbleiterherstellung auftretendes Problem ist die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Gleichförmigkeit der Plasmadichte über dem Substrat. Die Plasmagleichförmigkeit hängt von den magnetischen und elektrischen Feldern, die in dem Gerät erzeugt werden, sowie von dem Gasstrom in das Gerät und aus ihm heraus ab. Wenn die Substratgrößen zunehmen, d. h. auf 300 mm, wird es noch schwieriger, eine Gleichförmigkeit über einer großen Fläche zu erreichen.
Ein weiteres Problem, das die Abscheidungsgleichförmigkeit beeinflusst, ist eine ungleichförmige Gasverteilung über der Substratoberfläche. Üblicherweise ist um den Umfang eines Behandlungsbereichs eine Gassammelkammer vorgesehen, und es erstreckt sich eine Vielzahl von Düsen radial nach innen, um Gase für die Substratoberfläche bereitzustellen. Bei einigen Ausgestaltungen neigen die Gase zu einer ungleichförmigen Verteilung über der Substratoberfläche, wobei mehr Gas zum Rand des Substrats hin und weniger Gas zur Mitte des Substrats hin bereitgestellt wird. Außerdem werden Reaktionsteilnehmergase gewöhnlich in das Gaseinstrahlsystem vor ihrem Einführen in die Kammer eingemischt. In diesen Fällen neigt das Material dazu, sich in dem Gaseinstrahlsystem abzusetzen und dadurch einige Gasinjektoren zu verstopfen, was die ungleichförmige Gasverteilung weiter steigert.
Ein anderes auftretendes Problem ist die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Temperatur über der Substratoberfläche. Wenn ein Substrat behandelt wird, ist eine beträchtliche Wärmebelastung aufgrund der Plasmastrahlung und des Ionenbombardements vorhanden, denen die Substratfläche ausgesetzt ist. Wenn über der Substratoberfläche ein Temperaturgradient vorhanden ist, kann die Abscheidung des Films in nicht gleichförmiger Weise vor sich gehen. Deshalb ist es wichtig, die Temperatur des Substrats genau zu steuern.
Ein weiteres Problem ist die Materialabscheidung auf dem Gerät. Während der Behandlung scheidet sich Abscheidungsmaterial über dem ganzen Gerät, auf dem Substratträgerelement und auf den Gasverteilungskomponenten ab. Mit der Zeit kann ein solcher Materialaufbau in die Kammer abflocken, was zu einer Teilchenverunreinigung auf dem Substrat führt, die die Unversehrtheit von herzustellenden Vorrichtungen gefährdet. Das Gerät muss deshalb periodisch gereinigt werden. Ein bevorzugtes Reinigungsverfahren besteht darin, Reinigungsgase in die Kammer einzuführen, damit sie mit dem abgeschiedenen Material zur Bildung eines Produkts reagieren, das aus der Kammer abgeführt werden kann. Gewöhnlich wird ein Reinigungsgas, wie fluoriertes Gas, in die Kammer eingeführt und in der Kammer ein Plasma gezündet. Die sich ergebenden angeregten Produkte reagieren mit dem Abscheidungsmaterial unter Bildung von Gasphasen-Nebenprodukten, die dann aus der Kammer abgeführt werden. Ein Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass die Reinigung gewöhnlich auf Bereiche angrenzend an das Plasma lokalisiert ist. Um die Reinigung von allen freiliegenden Kammeroberflächen zu verbessern, wird der Zeitraum, währenddessen der Reinigungsprozess erfolgt, erhöht, wodurch der Durchsatz verringert wird, und/oder der Reinigungsprozess wird unter Verwendung von hohen Temperaturen ausgeführt, wodurch einige der Kammerflächen effektiv übermäßig gereinigt werden und die Kosten für die Betriebshilfsstoffe und/oder die Wartungsintervalle erhöht werden.
Deshalb besteht ein Bedürfnis für ein Behandlungsgerät, das gleichförmigere Bedingungen zur Ausbildung von dünnen CVD-Filmen auf einem Substrat einschließlich verbesserter Reinigungseigenschaften und eines hohen Durchsatzes bei günstigerer Fertigung bietet.
Die US-A-5,401,350 offenbart eine Behandlungskammer, die Seitenwände, eine für die Hochfrequenz durchlässige Fläche, Einrichtungen zum Zuführen eines Prozessgases, eine einen Wafer enthaltende Arbeitsfläche, die im Wesentlichen parallel zu dem lonenplasmastrom ist, sowie erste und zweite HF-Wicklungen aufweist, die auf der Oberseite des Kammergehäuses oder um es herum angeordnet sind. Das Prozessgas wird in den Innenraum der Kammer durch einen Kanal eingeführt, der durch die Seite des Mantels hindurchgehend ausgebildet ist.
Lucovsky et al. zeigen in "Deposition of silicon dioxide and silicon nitride by remote plasma enhanced chemical vapour depositio", Journal of Vacuum Science and Technology A, Band 4, Nr. 3, S. 681–688 (1986), eine plasmaverstärkte chemische Gasphasen-Fernabscheidungskammer (RPECVD) mit einem Deckel. In die Kammer wird über den Deckel ein erstes Prozessgas zugegeben, während ein zweites Prozessgas über einen Durchlass in der Seitenwand der Kammer zugeführt wird.
Die EP-A-O,839,217 offenbart eine Behandlungskammer mit einer Seitenwand, einem Boden, einem Deckel und einem auskragenden Substrathalter sowie einer Auslassöffnung im Boden der Kammer. Die Oberseite der Kammer bildet ein erster Gasinjektionsverteiler. Ein zweiter Gasverteiler ist längs der Wand der Behandlungskammer angeordnet. Der zweite Gasverteiler hat einen Düsenaufbau mit einer Vielzahl von Düsen, die für das Initiieren von gasförmiger Substanz in die Kammer ausgebildet sind. Diese Düsen sind mit Gasquellen durch Leitungen über Zuführleitungen verbunden, die so gestaltet sein können, dass sie sich horizontal durch die Behandlungskammerwand erstrecken. Die EP-A-0,839,217 ist gemäß Art. 54(3) EPC nur hinsichtlich Neuheit entgegenhaltbar.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, wie es im Anspruch 1 aufgeführt ist, sowie ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt, wie es im Anspruch 6 angegeben ist. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 11 definiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein HDP-CVD-Gerät bereit, das die Abscheidung und Zerstäubung von dotiertem und undotiertem Siliciumdioxid verwendet und eine ausgezeichnete Spaltfüll- und Deckenfilmabscheidung auf Wafern ausführen kann, die bei Seitenverhältnissen von mehr als 1,2 : 1 Formgrößen von unter 0,5 Mikron haben. Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Gerät kann eine induktiv eingekoppelte Plasmaquelle mit einer Doppel-HF-Zone, ein Doppelzonen-Gasverteilungssystem, temperaturgesteuerte Kammerbauteile, ein symmetrisch geformtes, turbomolekular bepumptes Kammergehäuse, einen doppelten elektrostatischen Kühlzonenhalter, einen Kammeraufbau insgesamt aus Keramik/Aluminiumlegierung sowie ein Plasmakammer-Fernreinigungssystem aufweisen.
Damit die Art und Weise, in der die oben erwähnten Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden, im Einzelnen verstanden werden können, folgt eine speziellere Beschreibung der Erfindung, die vorstehend kurz zusammengefasst ist, unter Bezugnahme auf ihre Ausgestaltungen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Es ist jedoch zu vermerken, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausgestaltungen dieser Erfindung zeigen und deshalb nicht als Beschränkung ihres Umfangs angesehen werden können, da die Erfindung auch bei anderen gleichermaßen wirkenden Ausgestaltungen eingesetzt werden kann.
1 ist eine Schnittansicht einer Behandlungskammer der vorliegenden Erfindung,
2A bis 2C sind elektrische Schaltschemata, die drei verschiedene HF-Anpassausführungen zeigen, die zur Ausführung bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
3 ist eine schematische Schnittansicht, die die Doppelzonen-HF-Plasmaquelle der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ist eine auseinander gezogene Ansicht der oberen Temperatursteueranordnung der oberen Antenne,
5 ist eine Schnittansicht eines Substratträgerelements der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine geschnittene Draufsicht eines Substratträgerelements der vorliegenden Erfindung,
7 ist eine geschnittene Draufsicht auf eine Kammer mit einem darin angeordneten Substratträgerelement,
8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines elektrostatischen Halters,
8a ist eine alternative Ausgestaltung des elektrostatischen Halters,
9 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform des elektrostatischen Halters von 8,
10 ist ein Ablaufschema der Temperatursteuervorgänge des elektrostatischen Halters von 8 und 9,
11 ist eine Schnittansicht eines elektrostatischen Halters und eines Abdeckrings,
12 ist eine Schnittansicht eines Abdeckrings, der in der Nähe einer Quellenwicklung angeordnet ist,
13 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die das Gassteuersystem der vorliegenden Erfindung zeigt,
14 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die den Gasverteilungsring und den ersten Gaskanal zeigt,
15 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die den Gasverteilungsring und den zweiten Gaskanal zeigt,
16 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die die zentrale Gaszuführanordnung zeigt,
17 ist eine auseinander gezogene Ansicht des Gasverteilungsrings und der losen Platte der Deckelanordnung,
18 ist eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht, die die Mikrowellen-Fernplasmareinigung und ihre Anordnung an der Kammer zeigt,
19 ist eine Draufsicht auf einen Gasdiffusor,
20 ist eine Seitenansicht des Gasdiffusors, und
21 ist eine perspektivische Ansicht einer Gasleiteinrichtung.
Nachstehend wird im Einzelnen das Gerät unter Bezugnahme auf jede der folgenden Unteranordnungen beschrieben, nämlich ein Kammergehäuse, eine Kammerdeckelanordnung, eine Kathoden- und Hubanordnung, ein Prozesszubehör, eine Gasverteilungsanordnung und eine Fernplasmaquelle.
Kammergehäuse
1 ist eine Schnittansicht eines Behandlungsgeräts 10 der vorliegenden Erfindung. Das Behandlungsgerät 10 hat insgesamt ein Kammergehäuse 12, eine Deckelanordnung 14 und ein auskragendes, entfernbares Substratträgerelement 16. Diese Bauteile bilden in ihrer Kombination einen physikalisch und elektrisch symmetrischen, evakuierbaren Mantel und Auslasskanal 22, worin die Substratbehandlung ausgeführt wird.
Das Kammergehäuse 12 ist vorzugsweise ein einheitlicher, spanabhebend bearbeiteter Aufbau mit einer Seitenwand 18, die einen inneren ringförmigen Behandlungsbereich 20 begrenzt und sich zu ihrem unteren Ende hin verjüngt und einen konzentrischen Auslasskanal 22 bildet. Das Kammergehäuse 12 hat eine Vielzahl von Öffnungen, zu denen wenigstens eine Substrateinlassöffnung 24 gehört, die durch ein Schlitzventil 44 abgedichtet ist, und eine Seitenöffnung 26, durch die das an dem Kragarm angebracht Substratträgerelement 16 angeordnet ist. Die Substrateinlassöffnung 24 und die Trägerelementöffnung 26 sind vorzugsweise durch gegenüberliegende Seiten des Kammergehäuses 12 hindurchgehend vorgesehen. Auf gegenüberliegenden Seiten der Kammerwand 18 auf etwa der Höhe der oberen Fläche des Substratträgerelements 16 sind zwei zusätzliche Seitenöffnungen angeordnet und mit einem in der Kammerwand 18 ausgebildeten Gaskanal 28 verbunden. Reinigungsgase, wie dissoziierte, Fluor-enthaltende Gase, werden in den Kanal 28 von einer Fernplasmaquelle 30 und in die Kammer durch Gaseinlassöffnungen eingeführt, die dafür vorgesehen und in 18 gezeigt sind. Die Stelle der Mündungen der Öffnungen in die Kammer sind so vorgesehen, dass sie Gase direkt zu den Bereichen des Reaktors leiten, wo ein starker Aufbau eintritt. Die Fernplasmaquelle und die Reinigungsgaslieferung werden nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Die obere Fläche der Kammerwand 18 bildet einen insgesamt ebenen Absetzbereich, auf dem eine Basisplatte 33 der Deckelanordnung 34 abgestützt ist. In der oberen Fläche der Wand 18 sind für die Aufnahme von einem oder mehreren O-Ringen 38 eine oder mehrere O-Ring-Nuten 36 vorgesehen, die eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Kammergehäuse 12 und der Basisplatte 33 bilden. Die Deckelanordnung wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Das Substratträgerelement 16 erstreckt sich teilweise durch die seitliche Zugangsöffnung 26, die in der Kammerwand 18 ausgebildet ist, und ist an der Kammerwand 18 an einem Flansch 46 angeordnet, um eine insgesamt ringförmige Substrataufnahmefläche 200 in der Mitte der Kammer zu bilden. Wenn der Substratträger 16 in der Kammer angeordnet ist, bilden eine Außenwand 50 des ringförmigen Trägerelements 16 und eine Innenwand 52 der Kammer einen ringförmigen Fluidkanal 22, der im Wesentlichen um den gesamten Umfang des Trägerelements 16 herum gleichförmig ist. Bevorzugt wird, dass der im Wesentlichen gleichförmige Kanal 22 und die Auslassöffnung 54 im Wesentlichen konzentrisch zu der Substrataufnahmefläche des Substratträgers sind. Die Auslassöffnung 54 ist in der Mitte unter dem Substrataufnahmeabschnitt des Trägerelements 16 angeordnet, um die Gase gleichmäßig durch den gleichförmigen Kanal 22 und aus der Kammer heraus abzuführen. Dies ermöglicht einen gleichförmigeren Gasstrom über der Substratfläche um ihren gesamten Umfang herum sowie radial nach unten und außen von der Kammer durch die Auslassöffnung 54, die sich in der Mitte der Basis der Kammer befindet. Der gleichförmige Fluidkanal 22 begünstigt eine gleichförmige Abscheidung von Filmschichten, indem die Gleichförmigkeit von Druck und Verweilzeit aufrechterhalten wird, was bei vorhandenen Behandlungskammern fehlt, beispielsweise Substratstellen mit differierender Nähe bezogen auf die Pumpöffnung.
An dem sich verjüngenden unteren Abschnitt des Kammergehäuses ist zur Bildung einer Drucksteuerung in der Kammer eine Pumpanordnung mit einer Doppelblattdrosseleinrichtung 56, einem Absperrschieber 58 und einer Turbomolekularpumpe 60 angeordnet. Die Doppelblattdrosseleinrichtung 56 und der Absperrschieber 58 sind zwischen dem Kammergehäuse 12 und der Turbomolekularpumpe 60 angeordnet, um eine Abtrennung über den Absperrschieber 58 und/oder eine Drucksteuerung bei Drucken von etwa 0 bis etwa 100 Millitorr (0 bis 13 Pa) zu ermöglichen, die durch Einstellen der Doppelblattdrosseleinrichtung 56 bestimmt werden. Eine bevorzugte Pumpe ist eine 1600 l/s-Turbopumpe, es kann jedoch auch irgendeine Pumpe verwendet werden, die den gewünschten Druck in der Kammer erreichen kann. Mit der Auslassöffnung 54 ist an Stellen stromauf und stromab von der Turbopumpe eine Vorvakuumleitung 57 verbunden. Dies ergibt eine Vorpumpfähigkeit. Die Vorvakuumleitung ist an eine entfernte Hauptpumpe angeschlossen, gewöhnlich eine Grobvakuumpumpe. In der Pumpanordnung ist eine Öffnung 59 für die Anbringung eines Flansches 61 an der Vorvakuumleitung ausgebildet. Während der Kammerreinigung strömen Reinigungsgase in die Kammer mit hohem Durchsatz, wodurch der Druck in der Kammer erhöht wird. Bei einem Aspekt der Erfindung wird deshalb die Turbopumpe von der Kammer durch den Absperrschieber 58 abgetrennt, und die Hauptpumpe wird dazu verwendet, den Druck in der Kammer während des Reinigungsprozesses aufrechtzuerhalten.
Während der Behandlung eine Substrats in der Kammer evakuiert die Vakuumpumpe die Kammer auf einen Druck im Bereich von etwa 4 bis etwa 6 Millitorr (0,5 bis 0,8 Pa), und es wird ein dosierter Strom von Prozessgas oder von Prozessgasen durch die Gasverteileranordnung zu- und in die Kammer eingeführt. Der Kammerdruck wird dadurch gesteuert, dass der Kammerdruck direkt gemessen und diese Information einer Steuereinrichtung zugeführt wird, die die Ventile zur Einstellung der Pumpgeschwindigkeit öffnet und schließt. Die Gasströme/-konzentrationen werden direkt durch Massenstromsteuereinrichtungen über eine Software-Setzstelle gesteuert, die in einer Prozessgebrauchsanweisung angegeben ist. Durch Messen des Durchsatzes der aus der Kammer durch die Auslassöffnung 54 abgepumpten Gase kann auch an der Einlassgaszuführung eine Massenstromsteuereinrichtung (nicht gezeigt) verwendet werden, um den gewünschten Druck und die gewünschte Gaskonzentration in der Kammer aufrechtzuerhalten.
Kammerdeckelanordnung
Die Kammerdeckelanordnung 24 besteht insgesamt aus einem Energie übertragenden Dom 32, einer Energielieferanordnung 62 und einer Temperatursteueranordnung 64, die von einer angelenkten Basisplatte 33 erhalten wird. Die Basisplatte 33 bildet einen inneren ringförmigen Kanal, in dem ein Gasverteilungsring angeordnet ist. In der Oberseite des Gasverteilungsrings sind für die Aufnahme eines O-Rings O-Ring-Nuten ausgebildet, um den Dom 32 und die Oberseite des Gasverteilungsrings abzudichten. Die Deckelanordnung bildet in Kombination sowohl den körperlichen Mantel des Plasmabehandlungsbereichs sowie das Energieliefersystem für das Ausführen der Behandlung. Über der gesamten Deckelanordnung ist vorzugsweise eine Abdeckung für die Aufnahme der verschiedenen Bauelemente vorgesehen.
Der Dom 32 besteht insgesamt aus einer zylindrischen Seitenwand 66, die an einem Ende durch eine flache Oberseite 68 abgeschlossen ist. Die zylindrische Seitenwand ist insgesamt senkrecht zur oberen Fläche des Substratträgerelements 16, und die planare Oberseite 68 ist insgesamt parallel zu der oberen Fläche des Trägerelements 16. Die Verbindung 70 zwischen der Seitenwand und der Oberseite ist abgerundet, um eine gekrümmte Innenwand des Doms 32 zu bilden. Der Dom 32 ist aus einem dielektrischen Material, das für HF-Energie durchlässig ist, vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie Aluminiumoxid (AI₂O₃), Aluminiumnitrid (AIN) oder Quarz (SiO₂), hergestellt.
Außen um den dielektrischen Dom 32 sind zwei gesondert gespeiste HF-Wicklungen herumgelegt, nämlich eine obere Wicklung 72 und eine Seitenwicklung 74. Die Seitenwicklung ist vorzugsweise von einem Masseschild abgedeckt, um ein elektrisches Übersprechen zwischen den Wicklungen 72 und 74 zu reduzieren. Die HF-Wicklungen 72 und 74 werden von zwei HF-Quellen 76 und 78 mit variabler Frequenz gespeist.
Jede Leistungsquelle hat eine Steuerschaltung, die die reflektierte Leistung misst und die einen digital gesteuerten Synthesizer in dem HF-Generator zur Frequenzwobbelung, gewöhnlich ausgehend von 1,8 MHz, einstellt, um die reflektierte Leistung zu minimieren. Wenn das Plasma zündet, ändern sich die Schaltkreisbedingungen, da das Plasma als ein zur Wicklung paralleler Widerstand wirkt. In diesem Stadium fährt der HF-Generator mit der Frequenzwobbelung fort, bis ein Punkt mit minimal reflektierter Leistung wieder erreicht ist. Die Leistungsquellenschaltung ist so ausgelegt, dass jeder Satz von Wicklungen bei der Frequenz oder in der Nähe von der Frequenz in Resonanz ist, bei der der Punkt mit minimal reflektierter Leistung erreicht ist, so dass die Spannung der Wicklungen genügend hoch ist, um ausreichend Strom zur Unterhaltung des Plasmas bereitzustellen. Die Frequenzfeinabstimmung gewährleistet so, dass das System nahe der Resonanz bleibt, auch wenn der Resonanzpunkt des Kreises sich während der Behandlung ändert. Auf diese Weise beseitigt die Frequenzfeinabstimmung die Notwendigkeit für eine Kreisfeinabstimmung und eine Impedanzanpassung durch Ändern der Werte der Impedanzanpassungsbauelemente (beispielsweise Kondensatoren oder Drosseln).
Jede Leistungsquelle gewährleistet, dass die gewünschte Leistung für die Last trotz irgendwelcher Impedanzfehlanpassungen, sogar trotz sich kontinuierlich ändernder Impedanzfehlanpassungen geliefert wird, die aufgrund von Änderungen in der Plasmaimpedanz entstehen können. Um zu gewährleisten, dass die genaue Leistung zur Lastseite geliefert wird, leitet jeder HF-Generator die reflektierte Leistung selbst ab und erhöht die Ausgangsleistung, so dass die gelieferte Leistung auf dem gewünschten Niveau bleibt.
2(a), 2(b) und 2(c) zeigen schematisch drei gesonderte lokale HF-Anpassausgestaltungen. 2(a) zeigt eine Anpassausgestaltung zur Verwendung mit einer Wicklung L, deren eines Ende geerdet ist. Die beiden Kondensatoren C1 und C2 bilden einen HF-Spannungsteiler. In 2(b) wird eine Ausgleichswicklung L mit zwei parallel geschalteten Kondensatoren C2 und C3 verwendet, um die Last(Plasma-)Frequenz anzupassen, wobei C2 und C3 über die Spule an Masse liegen. Schließlich wird in 2(c) eine piII-Netzwerkanpassung mit zwei variablen Kondensatoren verwendet, die über die Spule L an Masse liegen. Da die Ausgangsimpedanz der meisten herkömmlichen HF-Generatoren so ausgelegt ist, dass sie 50 Ohm beträgt, können Anpassungsnetzwerke 2(a), 2(b) oder 2(c) verwendet werden, um die maximale Leistung auf Plasmen zu überführen, die in einem Impedanzbereich von so wenig wie 5 Ohm bis so hoch wie 900 Ohm (im ausgeglichenen Lastfall) reichen. Dieses Doppelwicklungssystem ermöglicht eine Steuerung der radialen lonendichtenprofile in der Reaktionskammer.
3 ist eine schematische Seitenansicht der Kammer, die hauptsächlich die Wicklungsgeometrie und die HF-Speisungen für die obere Wicklung 72 und die Seitenwicklung 74 zeigt. In 3 ist das pi-Netzwerkanpassungssystem gezeigt, das anhand von 2(c) beschrieben ist. In die Kammer 13 wird eine Langmuir-Sonde eingeführt, um die Plasmaionendichte an verschiedenen Stellen quer über der Kammer 13 unter Verwendung von nur der oberen Wicklung und nur der Seitenwicklung für die Plasmaerzeugung zu messen. Die Doppelwicklungsanordnung kann, wenn sie richtig auf ein zu behandelndes Substrat fein abgestimmt ist, eine gleichförmige lonendichte quer über ihre Fläche erzeugen. Eine gleichförmige lonendichte quer über die Substratfläche trägt zum gleichförmigen Abscheiden und einer gleichförmigen Spaltfüllleistung auf dem Wafer bei und unterstützt ein leichteres Laden der Vorrichtungs-Gateoxide aufgrund ungleichförmiger Plasmadichten. Wenn die Wirkung der Wicklungen überlagert wird, ergibt sich eine gleichförmige Plasmadichte, und die Abscheidungseigenschaften können in weitem Rahmen verbessert werden.
Der Dom 32 hat auch eine Temperatursteueranordnung 64 zur Regulierung der Temperatur des Doms während der verschiedenen Prozesszyklen, d. h. der Abscheidung und der Reinigung. 4 ist eine auseinander gezogene Ansicht der Temperatursteueranordnung 64 und der oberen Wicklung 72. Die Temperatursteueranordnung hat insgesamt eine Heizplatte 80 und eine Kühlplatte 82, die angrenzend aneinander angeordnet sind und vorzugsweise eine dünne Schicht 84 eines thermisch leitenden Materials, wie Grafoil, hat, die dazwischen angeordnet ist. Vorzugsweise wird eine Grafoil-Schicht von 4 mils bis etwa 8 mils (100 bis 200 um) dazwi schen angeordnet. Die thermisch leitende Platte 86, beispielsweise eine AIN-Platte, ist mit Nuten versehen, die in der unteren Fläche für die Aufnahme der Wicklung 72 ausgebildet sind. Zwischen der thermisch leitenden Platte 86 und der Heizplatte 80 ist eine zweite Grafoil-Schicht 88 angeordnet, die vorzugsweise etwa 1 bis etwa 4 mils (25 bis 100 μm) dick ist. Zwischen der Wicklung 72 und dem Dom 32 ist eine dritte thermisch leitende Schicht 90 angeordnet. Die dritte Schicht ist vorzugsweise eine Chromeric-Schicht mit einer Dicke von etwa 4 mils bis etwa 8 mils (100 bis 200 μm). Die thermisch leitenden Schichten erleichtern den Wärmeübergang zum Dom 32 und von ihm weg. Während der Reinigung wird der Dom vorzugsweise erhitzt, während er während der Behandlung vorzugsweise gekühlt wird. Als Folge ist eine thermisch leitende Bahn vorgesehen, um diese Vorteile zu erreichen.
Die Kühlplatte 82 hat einen oder mehrere in ihr ausgebildete Fluidkanäle, durch welche ein Kühlfluid, wie Wasser, strömen gelassen wird. Der Wasserkanal in der Kühlplatte ist in Reihe zu Kühlkanälen 88 angeordnet, die in dem Kammergehäuse ausgebildet sind. Ein Gummischlauch in Schiebearretierbauweise mit schnell lösbaren Anschlüssen führt dem Kammergehäuse und dem Kühlkanal in dem Deckel Wasser zu. Die Rückführleitung hat einen optischen Durchflussmesser mit einem Durchflusssperrschalter. Der Durchflussmesser ist werksseitig für 0,8 g/min Durchsatz bei einem Druck von etwa 60 psi (4,1 × 10⁵ Pa) geeicht. An dem Dom ist ein Temperatursensor angebracht, um dessen Temperatur zu messen. Die Heizplatte 80 hat vorzugsweise ein oder mehrere Heizwiderstandselemente, die in ihr angeordnet sind, um Wärme für den Dom während der Reinigungsphase bereitzustellen. Vorzugsweise besteht die Heizplatte aus gegossenem Aluminium, wobei jedoch auch andere in diesem Bereich bekannte Materialien verwendet werden können. Mit der Temperatursteuerungsanordnung ist zur Regulierung der Temperatur des Doms eine Steuereinrichtung verbunden.
Jedes der Bauteile 80, 82, 84, 86 und 88 bildet zwei Kanäle, durch die sich die Enden der oberen Wicklung 72 erstrecken. In jedem Kanal, der in der Heizplatte 80, der Kühlplatte 82 und in den Grafoil-Schichten ausgebildet ist, sind zwei Isolierhülsen 94, 96 angeordnet, um die sich hindurcherstreckenden Wicklungsleitungen zu isolieren. Die Isolierhülsen können Silicium-Saugbecher aufweisen, die an ihren unteren Enden angeordnet sind, um eine Abdichtung an der Isolierplatte 86 zu bilden.
Die Heizplatte 80 und die Kühlplatte 82 werden durch direkte Leitung dazu verwendet, die Domtemperatur zu steuern. Die Steuerung der Domtemperatur innerhalb von 10 K verbessert die Wiederholbarkeit von Wafer zu Wafer, die Abscheidungshaftung und reduziert die Anzahl der Flocken oder Teilchen in der Kammer. Die Domtemperatur wird insgesamt in einem Bereich von etwa 100 EC (100°C) bis etwa 200°C abhängig von den Behandlungserfordernissen gehalten. Es hat sich gezeigt, dass höhere Kammerreinigungsraten (Ätzraten) und eine bessere Filmhaftung an dem Substrat auch bei höheren Domtemperaturen erhalten werden können.
Kathode und Hubanordnung
Es wird nun unter Bezug auf die 5 bis 10 die Kathode und Hubanordnung beschrieben. Das Trägerelement hat Bauteile, die in der Kammer positionierbar sind, sowie Bauteile, die außerhalb der Kammer positionierbar sind. Die Bauteile des Trägerelements 16, die in der Kammer positionierbar sind, erstrecken sich durch die Zugangsöffnung 26, die in der Seitenwand 18 der Kammer vorgesehen ist, und werden an der Seitenwand durch Bauteile gehalten, die außerhalb der Kammer positionierbar sind. 5 ist eine Schnittansicht des Substratträgerelements 16. Das Trägerelement 16 hat insgesamt eine Basis 94 mit einem Flansch 46 zur Befestigung an der Kammerwand, einen Kragarmabschnitt 96, der sich von ihm ausgehend radial nach innen erstreckt, und einen Substrataufnahmeabschnitt 98, der am Ende des Kragarms 96 angeordnet ist. Der Flansch 46 hält die Basis 94 des Trägerelements an der Kammerwand 18 um die Zugangsöffnung 26 für das Substratträgerelement herum. Die Basis 94 erstreckt sich von dem Flansch 46 nach innen und bildet einen inneren gekrümmten Wandabschnitt 51. Der gekrümmte Wandabschnitt 51 ist vorzugsweise ein Bogen oder ein Kreissegment mit einem Radius r, der im Wesentlichen gleich dem gesamten Innenradius R der Kammer ist. Die Oberfläche der gekrümmten Wand 51 in der Umfangsrichtung wird angrenzend an die Innenwand 52 der Kammer aufgenommen. Die gekrümmte Wand 51 bildet zusammen mit der inneren Wand 52 der Kammer eine symmetrische und durchgehende innere Kammerwand, wenn das Trägerelement 16 in der Kammer für die Behandlung positioniert ist, was in 7 gezeigt ist.
Der Kragarm 96 erstreckt sich von dem unteren Abschnitt der Basis 94 nach innen und trägt den ESC-aufnehmenden Abschnitt 98, der auf sich eine Substrataufnahmefläche 99 hat. Der ESC-Aufnahmeabschnitt 98 hat eine sich nach oben erstreckende, ringförmige Führung 100. Die ringförmige Führung 100 hat einen Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser und einen Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser, die eine innere Ringschulter bilden, auf der ein Isolierelement 102 abgestützt wird. Auf der Isolierplatte 102 wird vorzugsweise ein ESC 104 gehalten, der eine Substrataufnahmefläche 99 bildet. Die Außenwand 50 des ESC-Aufnahmeabschnitts 98 bildet eine fortlaufende Ringfläche.
Der ESC-Aufnahmeabschnitt 98 bildet auch eine Aussparung 108, in der eine Substratpositionieranordnung 110 angeordnet ist. An dem unteren Teil des Aufnahmeabschnitts ist durch eine Schraubengewindeanordnung eine Bodenplatte 112 befestigt, um die inneren Bauteile des Trägerelements 16 vor der Behandlungsumgebung zu schützen.
7 ist eine geschnittene Draufsicht, die ein in einer Kammer angeordnetes Trägerelement 16 zeigt. Der Kragarm 96 erstreckt sich quer über den symmetrischen Fluidkanal 22 und hält den ESC-Aufnahmeabschnitt 98 in der Kammer. Bevorzugt wird, dass der Kragarm eine Unterbrechung, Einengung oder Störung des Fluidstroms durch den Fluidkanal 22 minimiert, indem ein Fluidkanal oder eine Vielzahl von Kanälen 114 vorgesehen werden, beispielsweise ein durchgehender Radialkanal. Bevorzugt wird ferner, dass ein Trägerarm 116 einen durchgehenden Kanal oder eine Vielzahl von durchgehenden Kanälen 118 aufweist, um eine Unterbrechung, Einengung oder Störung des Fluidstroms durch den gleich bleibenden Fluidkanal zu minimieren.
Bevorzugt wird auch, dass der Kragarm 96 an dem ESC-Aufnahmeabschnitt 98 an einer Stelle entfernt von der Substrataufnahmefläche angreift, beispielweise längs des Bodens des ESC-Aufnahmeabschnitts 98, um die Einwirkung auf die Gase in der Nähe der Obertläche des Substrats zu minimieren, die durch Unterbrechung, Einengung oder Störung des Fluids verursacht wird, wenn es durch den Kragarm und um ihn herum fließt. Insbesondere wird bevorzugt, dass jede Ungleichförmigkeit im Fluidkanal 22 auf ein Minimum reduziert und in einem ausreichenden Abstand von der ESC-Aufnahmefläche 98 positioniert ist, um eine Beeinflussung des Fluidstroms über ein darauf angeordnetes Substrat zu vermeiden.
Die Substrathubanordnung 120 hat eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Substratträgerstiften 122, die um den Umfang des ESC-Aufnahmeabschnitts 98 herum fluchtend ausgerichtet und beabstandet und an einer mit Flügeln versehenen Halteplatte 123 aufgenommen sind. Die Halteplatte 123 ist innerhalb einer insgesamt rechteckigen Ausnehmung 124 angeordnet, die in dem Trägerelement 16 ausgebildet ist, und wird von einer vertikal bewegbaren Hebeanordnung 126 betätigt. Wie in 5 gezeigt ist, hat die Hebeanordnung 126 einen vertikal beweglichen Schaft 128, der eine Platte 130 an seinem oberen Ende trägt. Der Schaft 128 wird durch eine Betätigungseinrichtung vertikal nach oben und unten bewegt, vorzugsweise durch einen Druckluftzylinder, der außerhalb der Kammer angeordnet ist.
Die Trägerstifte 122 sind in Hülsen 132 aufgenommen, die in Bohrungen 134 sitzen, die vertikal durch den ESC-Aufnahmeabschnitt 98 hindurch angeordnet sind und sich unabhängig von dem Trägerelement 16 innerhalb des Gehäuses bewegen. Die Trägerstifte 122 erstrecken sich von dem Trägerelement 16 aus und ermöglichen es einem Robotblatt, ein Substrat aus dem Gehäuse zu entfernen, sie müssen jedoch in das Trägerelement 16 versenkt werden, um ein Substrat auf der oberen Fläche des ESC 104 zu positionieren. Jeder Stift hat einen zylindrischen Schaft, der in einem unteren kugeligen Abschnitt und in einem oberen kugeligen Abschnitt endet.
In Betrieb wird ein externes Blatt 138 (mit einem darauf gehaltenen, zu behandelnden Substrat) durch den Schlitzschieber 24 in die Kammer eingebracht, um ein Substrat über dem Trägerelement 16 in Position zu bringen. Ein Beispiel für ein geeignetes Blatt 138 und ein zugehöriges Robotsubstrat-Handhabungssystem ist in der EP-A-O 272 141 beschrieben, die der US-A-4,951,601 entspricht. Die Hebeanordnung 126 hebt die Substratträgerstifte 122 über das Blatt, um das Substrat aufzunehmen. Dann wird das Blatt aus der Kammer zurückgezogen, und ein Druckluftzylinder schließt ein Tor über dem Blattzugangsschlitz, um die Kammer abzudichten. Zum Absenken der Trägerstifte 122 wird die Hebeanordnung 126 betätigt, bis das Substrat auf der oberen Fläche 98 des Trägerelements 16 in Position für die Behandlung aufgenommen ist.
Nach der Behandlung fährt die Hebeanordnung die Trägerstifte 122 aus, um das Substrat von dem Substratträgerelement 16 abzuheben. Dann wird das Tor geöffnet und das Blatt wieder in die Kammer eingeführt. Danach senkt die Hebeanordnung 126 die Substratträgerstifte 122 ab, um das Substrat auf dem Blatt abzulegen. Wenn die sich nach unten bewegenden Stifte 122 das Blatt freigegeben haben, wird es zurückgezogen.
Während der Behandlung gibt das Plasma der CVD-Behandlungsumgebung große Mengen an Wärme ab, wobei die von dem Plasma erzeugte Gesamtwärme wenigstens teilweise von der Leistungsdichte des Plasmas abhängt. Ein Teil dieser Wärme wird in das Substrat übertragen und muss aus dem Substrat entfernt werden, um die Temperatur des Substrats unter einer vorgegebenen kritischen Temperatur zu halten. Zum Entfernen dieser Wärme ist ein Wärmeübertragungssystem in dem Substratträgerelement 16 vorgesehen, um die Temperatur des Trägerelements und des zu behandelnden Substrats zu steuern. 6 ist eine Draufsicht, die das Wärmeübertragungssystem des Trägerelements 16 zeigt. Durch Kanäle 144 und 146 sind ein Wassereinlass 140 und ein Wasserauslass 142 verbunden. Innerhalb des Trägerelements 16 ist ein Wasserverteiler 148 angeordnet, um die Wärmeübertragung aus dem Trägerelement auf die Kühlfluide zu erleichtern. Die Temperatur des Trägerelements 16 wird so gewählt, dass eine vorzeitige Abscheidung innerhalb des Gasverteilers stromauf von dem Behandlungsbereich der Kammer ausgeschlossen wird. Die durch die Masse des Substratträgerelements 16 hindurchgehenden Kühlmittelkanäle 144, 146 sind für den Durchgang von Kühlfluiden vorgesehen. Zusätzlich übertragen Nuten in der Oberfläche des ESC 104 (der nachstehend beschrieben wird), in denen Gase strömen, Wärme von dem Substrat in das Trägerelement 16 und anschließend in die Kühlfluide.
8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines elektrostatischen Halters 104 nach der vorliegenden Erfindung. 8a ist eine alternative Ausgestaltung, die symmetrisch ist und einen Waferflachbereich ausschließt. Anstelle einer glatten oberen Fläche ist in der Oberfläche eine Anzahl von Nuten vorgesehen, um eine große Anzahl von Vorsprüngen 166 zu bilden. Von einer Umfangszone 170 ist durch eine Dichtung 172 eine zentrale Zone 168 dieser Vorsprünge getrennt. Die Abdichtung 142 ist einfach ein Bereich, in dem keine Nuten ausgebildet sind, um Vorsprünge zu bilden, so dass eine massive Oberfläche vorhanden ist, um den Strom zwischen den getrennten Zonen zu minimieren. Eine äußere Dichtung 174 bildet eine Sperre, um einen Leckstrom von Heliumgas in die Kammer zu minimieren.
In die Umfangszone 170 wird durch einen Ring 176 Heliumgas eingeführt, der aus einer Nut besteht, die eine Reihe von Löchern aufweist, die Helium mit einem höheren Druck in dieser Zone von der Heliumleitung 47 von 1 aufnehmen. Ein innerer Ring 178 ermöglicht es Gas mit niedrigerem Druck, zu der zentralen Zone 168 aus der Heliumdruckleitung 147 zu gelangen. Wenn im Betrieb ein anfänglicher niedriger Heliumdruck in der zentralen Zone 168 eingestellt ist, entfernt der Heliumring 178 gewöhnlich Heliumgas, das durch den Dichtungsbereich 172 hindurchleckt, um den gewünschten niedrigen Druck des Heliums aufrechtzuerhalten. Bei einer wahlweisen Ausgestaltung können Vakuumlöcher 180, die Hubstiftlöcher sein können, dazu verwendet werden, das Gas in der zentralen Zone unter Verwendung einer Vakuumleitung 135 von 1 herauszupumpen, damit der Druck in der zentralen Zone weiter abgesenkt werden kann. Wahlweise können zusätzliche Vakuumlöcher hinzugefügt werden.
Die Heliumnut 278 ist vorzugsweise nahe an dem Dichtungsbereich 172 angeordnet. Dadurch, dass sie so nahe wie möglich positioniert wird, kann eine Annäherung an die gewünschte Wärmeübertragungsschrittfunktion erfolgen. Das Hochdruckgas wird somit in einem schmalen Bereich durch den Umfang gehalten. Wenn sich das Hochdruckgas zu weit zur Mitte des Wafers erstreckt, wird die kühlere Mitte noch kälter, wodurch die Reduzierung der Wärmedifferenz durch das Gas mit höherem Druck teilweise aufgehoben wird.
Zur Erwärmung des Wafers wird im Betrieb Helium mit niedrigerem Druck von 133 bis 2000 Pa (1 bis 15 Torr) in der zentralen Zone 168 und Helium mit höherem Druck von 133 bis 2666 Pa (1 bis 20 Torr) in der Umfangszone 170 bereitgestellt. Das Helium mit höherem Druck in der Umfangszone ergibt eine bessere Wärmeübertragung am Umfang des Wafers.
Bei einer Ausführungsform werden die Dichtungen aus der gleichen keramischen Beschichtung hergestellt, aus der der Rest der Oberseite des elektrostatischen Halters 164 besteht. Eine solche keramische Beschichtung hat kleine Zwischenräume, so dass die Dichtungsbereiche keine perfekte Dichtung bilden. Zusätzlich haben das Substrat oder der Wafer eine geringe Rückseitenrauigkeit und können eine stärkere Rauigkeit als der Substratträger haben. Deshalb sollte der Dichtungsbereich ausreichend breit sein, um einen merklichen Leckstrom von Helium von einem Bereich zum anderen zu verhindern. Durch Versuche wurde festgestellt, dass für einen mit Keramik beschichteten elektrostatischen Halter bei den oben angegebenen Druckbereichen eine Dichtungsbreite von 2,5 mm (1/10 Zoll oder 100 mils) wirksam ist. Vorzugsweise liegt die Abdichtungsbreite in einem Bereich von 1,3 bis 7,6 mm (50 bis 300 mils). Bei der äußeren Abdichtung 174 möchte man die Breite minimieren, da die Fläche des Wafers über dieser Dichtung nicht den Vorteil der Wärmeleitung von dem Hochdruckhelium aus hat. Gleichzeitig muss die Dichtung breit genug sein, um einen merklichen Leckstrom des Heliums in die Kammer zu verhindern, der die beabsichtigte Wärmeübertragungsfähigkeit schwächen könnte, indem der aufrechterhaltene Heliumdruck aufgrund höherer Strömungswerte erreicht oder die Reaktion in der Kammer beeinträchtigt wird. Die gleiche Breite von 2,5 mm (100 mils) hat sich als effektiv bei einer optimalen Abdichtungsbreite im Bereich von 1,3 bis 7,6 mm (50 bis 300 mils) erwiesen. Für unterschiedliche Materialien und Glätten des Substratträgers und des Substrats können abgeänderte Breiten geeignet sein. Wenn beispielsweise ein Polymerfilm, wie Kapton^TM, verwendet wird, das von vielen bekannten Lieferfirmen zur Verfügung steht, kann eine geringe Breite aufgrund seiner Nachgiebigkeit erreicht werden.
Ein bevorzugtes Wärmeübertragungsgas ist Helium, da es inert und relativ billig ist. Alternativ können Argon, Sauerstoff, CF₄ oder andere Gase oder eine Mischung von Gasen verwendet werden. Eine Mischung könnte beispielsweise zum Einsatz kommen, um zusätzliche Drucksteuerungsfähigkeiten zu erhalten. Das spezielle Gas könnte so gewählt werden, dass es mit dem chemischen Prozess in der Kammer kompatibel ist, so dass der Gasleckstrom eine minimale Auswirkung auf die chemischen Reaktionen hat. Bei einer Ätzreaktion unter Verwendung von Fluor als Ätzspezies kann es beispielsweise erwünscht sein, CF₄ als Rückseiten-Wärmeübertragungsgas zu verwenden.
Da eine Wärmeleitung hauptsächlich durch das Heliumgas hindurch eintritt, möchte man die Größe und Anzahl der Vorsprünge und Dichtungsbereiche für diesen Zweck minimieren. Deshalb sollte über der Fläche des Substrats die Kontaktfläche kleiner als die kontaktfreie Fläche sein. Andererseits sind die Dichtungen erforderlich, um einen Gasleckstrom zu unterbinden, und die Vorsprünge müssen eine ausreichende Größe und einen ausreichenden Abstand haben, um den Wafer mechanisch zu tragen. Zusätzlich gibt es andere zu optimierende Faktoren. Die Höhe der Vorsprünge, die den Spalt zwischen dem Substrat und dem Substratträger zwischen den Vorsprüngen bestimmen, muss ausreichen, damit sich das Gas schnell über die Zonen verteilen kann, ohne eine Prozessanlaufzeit zu beeinflussen. Gewöhnlich muss dies eine Größenordnung von wenigen Sekunden sein, und vorzugsweise wird das Gas in 10 Sekunden oder weniger verteilt.
Für einen optimalen Wärmeübergang sollte der Spalt klein genug sein, so dass die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Moleküle erfolgt, die sich direkt von dem Substrat zu dem Substratträger bewegen, ohne mit anderen Gasmolekülen zu kollidieren, um eine freie molekulare Wärmeübertragung zu erhalten. Deshalb sollte der Spalt kleiner als die mittlere freie Weglänge des Gases (oder die durchschnittliche freie Weglänge, wenn eine Mischung von Gasen verwendet wird) sein. Die mittlere freie Weglänge ist eine Funktion des Gasdrucks und des molekularen Kollisionsquerschnitts. Wenn eine Vielzahl von Drucken verwendet wird, ändert sich die mittlere freie Weglänge. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die mittlere freie Weglänge des aufzubringenden Maximaldrucks zur Bestimmung der Spaltabmessung verwendet.
Zusätzlich muss das Verhältnis des Spalts zur dielektrischen Gesamtdicke eingehalten werden, um lokale Anomalien auf dem Substrat zu vermeiden. Wenn dieses Verhältnis signifikant ist, ändert sich die äquivalente Kapazität zwischen den Räumen und den Vorsprüngen beträchtlich, wodurch ein merklich unterschiedliches elektrisches Feld an dem Substrat anliegt. Dieses unterschiedliche Feld kann den chemischen Prozess beeinflussen und Ungleichförmigkeiten in dem Film verursa chen, der abgeschieden, geätzt, dotiert wird oder anderen Eigenschaftstransformationen unterliegt. Notwendigerweise ist eine bestimmte Differenz vorhanden, man möchte sie jedoch minimieren.
Die Größe des Verhältnisses ändert sich auch abhängig von dem dielektrischen Material, insbesondere von der Differenz zwischen der Dielektrizitätskonstanten des Materials und des Wärmeübertragungsgases (im Wesentlichen eines). Je näher die beiden Dielektrizitätskonstanten beieinander liegen, desto weniger Bedenken bestehen bei einem größeren Spalt.
Ein anderes Problem beim Einstellen der Spaltgröße besteht darin, zu vermeiden, dass sich ein Plasma mit dem Wärmeübertragungsgas zwischen dem Substratträger und der Rückseite des Wafers bildet. Man nimmt an, dass dies problematisch würde, wenn die Spaltgröße ein Mehrfaches der mittleren freien Weglänge des Wärmeübertragungsgases ausmachen würde.
Für eine Ausgestaltung eines elektrostatischen Halters liegt die Dicke der keramischen Beschichtung in der Größenordnung von 178 bis 254 μm (7 bis 10 mils). Wenn Kapton^® verwendet wird, kann eine Dicke von 25 bis 50 μm (1 bis 2 mils) verwendet werden. Im Idealfall ist für die Zwecke der Halterung das Dielektrikum so dünn wie möglich innerhalb der Grenzen der Aufrechterhaltung der Fertigungsbeständigkeit und der Verhinderung eines dielektrischen Durchschlags. Die mittlere freie Weglänge von Helium bei den Drucken für die beiden beschriebenen Bereiche beträgt etwa 25 bis 127 μm (1 bis 5 mils) (bei sehr hohen Drucken kann die mittlere freie Weglänge kleiner als 25 μm sein). Dementsprechend wurden Vorsprungshöhen von 18 bis 30 μm (0,7 bis 1,2 mils) ausgewählt, geprüft und als wirksam befunden. Dies ergibt einen Spalt, der kleiner als die mittlere freie Weglänge des Heliums bei den gewünschten Drucken ist. Vorzugsweise ist der Spalt kleiner als die doppelte mittlere freie Weglänge des Wärmeübertragungsgases bei den betreffenden Drucken, und besonders bevorzugt kleiner als die mittlere freie Weglänge.
Der Abstand zwischen den Vorsprüngen ist so groß wie möglich, während das Substrat noch ohne Biegung abgestützt wird. In einer Ausführungsform ist das Substrat planar gehalten, während bei anderen Ausgestaltungen es erwünscht sein kann, die Vorsprungshöhe oder alternativ die obere Fläche des Substratträgers zu variieren (bei Vorsprüngen mit gleicher Höhe), um ein gekrümmtes Substrat richtig abzustützen. Ein weiterer Faktor ist das Vermeiden von scharten Punkten, die lokale Anomalien in dem elektrischen Feld verursachen könnten. Ein zu großer Abstand kann ebenfalls die Bewegung der Charge während des Lösens der Halterung beeinträchtigen und einen Schaden verursachen.
Es wurde ermittelt, dass ein optimaler Abstand der Vorsprünge von Mitte zu Mitte im Bereich von 2,5 bis 7,6 mm (100 bis 300 mils) und bevorzugt bei etwa 7,6 mm (300 mils) liegt. Die Größe der Vorsprünge liegt vorzugsweise zwischen 250 μm und 3,8 mm (10 und 150 mils), und bevorzugt bei etwa 3,3 mm (130 mils) im Durchmesser. Es sind quadratische Vorsprünge einfach wegen ihrer leichten Fertigung gezeigt, und es können genauso auch andere Formen verwendet werden. Beispielsweise können Ringformen zum Einsatz kommen.
Bei der gezeigten Ausgestaltung sind keine Öffnungen zum Entfernen von Gas in dem äußeren Umfangsbereich gezeigt, obwohl sie in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen werden können. Die Steuerung des Heliumdrucks kann entweder dadurch erfolgen, dass Helium mit hohem oder niedrigem Druck bereitgestellt wird oder dass stärker von der Vakuumpumpe gepumpt wird. In gleicher Weise kann für den zentralen Bereich der Druck auf jede dieser Weisen oder durch eine Kombination von beiden gesteuert werden. Die Anordnung der Heliumquelle als Ring nahe den Rändern in Kombination mit einem Vakuum in der Nähe der Mitte des Trägers ergibt einen zusätzlichen Druckgradienten innerhalb des zentralen Bereichs, der zur Mitte hin abnimmt. Eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht deshalb eine Grobeinstellung der Wärmeübertragung über die beiden Druckzonen mit einer Feinabstimmung vor, die über die Anordnung des Heliumeinlasses und der Vakuumauslässe in dem zentralen Abschnitt erfolgt. Bei anderen Ausführungen kann mehr als eine Zone für feinere Einstellungen mit dem Nachteil verwendet werden, dass mehr Hardware erforderlich ist.
9 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines ESC 104, die eine variierende dielektrische Dicke eines Dielektrikums 186 zeigt. Auf dem Halter ist ein Wafer 182 angeordnet. Der Halter hat einen Elektrodenabschnitt 184, der von dem Dielektrikum 186 abgedeckt ist. Das Dielektrikum erstreckt sich über die Oberseite und längs der Seiten 190 des elektrostatischen Halters. Wie zu sehen ist, ist das Dielektrikum im zentralen Abschnitt 192 dicker und an den Umfangsabschnitten 194 dünner. Die Seitenansicht zeigt die Vielzahl von Vorsprüngen 170 sowie auch die innere Abdichtung 172 und die äußere Abdichtung 174.
Das dünnere Dielektrikum an den Umfangsabschnitten 194 sorgt für eine stärkere elektrostatische Kraft an diesen Abschnitten. Dies ist aus einer Anzahl von Gründen vorteilhaft. Erstens wird der Wafer fester gehalten, was einen besseren Wärmeübergang gewährleistet, indem ein besserer Kontakt mit der Oberseite des elektrostatischen Halters erreicht wird. Zweitens hilft eine stärkere Kraft das Helium mit dem höheren Druck zwischen den Dichtungen 172 und 174 nahe dem Umfang zu halten. Wenn der Umfangsabschnitt des Wafers eine Temperatur hat, die sich von der des zentralen Abschnitts unterscheidet, kann dies zusätzlich zu einem Biegen bezüglich des zentralen Abschnitts führen und es kann zu einem Biegen nach oben oder nach unten kommen, was das Wärmeunterschiedsproblem weiter verschlimmert. Dies kann durch eine geeignete stärkere elektrostatische Kraft an dem Umfangsabschnitt überwunden werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann die variierende Dielektrikumsstärke ohne die beiden Druckzonen oder ohne die Vorsprünge verwendet werden. Die Änderung in der dielektrischen Beschichtung kann durchgehend oder schrittweise sein. Ein schrittweiser Unterschied macht die Fertigung einfacher und billiger.
Ein weiterer Vorteil des Dichtungsbereichs 174 und der stärkeren elektrostatischen Kraft am Rand des Wafers besteht darin, eine Lichtbogenbildung des Plasmas gegenüber dem freiliegenden Metall nahe der oberen Fläche des elektrostatischen Halters zu verhindern. Ein solches freiliegendes Metall würde sich gewöhnlich an Heliumeinlassöffnungen befinden, das durch die Aluminiumelektrode entstehen würde, so dass durch diese Löcher ein Weg zur Elektrode frei wäre. Die Lichtbogenbildung wird dadurch verhindert, dass eine festere Dichtung vorgesehen wird, dass die Heliumeinlasslöcher ausreichend weit weg von den Rändern des elektrostatischen Halters positioniert sind oder dass eine Nut dort gelegt wird, um eine solche Lichtbogenbildung zu verhindern.
Wie in 9 gezeigt ist, kann ein Temperatursensor 196 in dem Raum zwischen der oberen Fläche des elektrostatischen Halters und dem Wafer angeordnet werden. Die Temperatur des Wafers kann so von dem Sensor abgeleitet werden.
10 ist ein Signalflussdiagramm eines Rückkoppelungssteuersystems, das die Temperatursteuerung veranschaulicht. Das Diagramm von 10 gilt für ein Temperatursteuersystem mit geschlossener Schleife zur Steuerung des Heliumdrucks. Alternativ könnte ein System mit offener Schleife ohne den Temperatursensor zum Einsatz kommen. Frühere Untersuchungen könnten den geeigneten Heliumdruck für die gewünschten Prozessparameter vorgeben, so dass bei einer anderen Ausgestaltung der Temperatursensor weggelassen werden könnte. 10 enthält sowohl in einem Prozessor ausgeführte Funktionen als auch physikalische Effekte.
Es wird eine Temperatursetzstelle als benutzerprogrammierte Eingabe für eine Steuereinrichtung von einem Steuerprogramm in einem Speicher 245 aus vorgesehen. Der Wert der Temperatursetzstelle wird mit einer Konstanten 198 von der Steuereinrichtung multipliziert, die das Ergebnis einem Rückkoppelungssignal 213 hinzuaddiert, was durch eine Addierfunktion 202 angezeigt ist. Das Ergebnis der Addierfunktion wird von der Steuereinrichtung zur Steuerung des Heliumdrucks verwendet, indem Strömungsverengungen oder Ventile der Heliumzuführung gesteuert werden. Dies ändert das Ausmaß der Wärmeübertragung des Heliumgases. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Heliumdruck nach einem mathematischen Modell gesteuert. Es können jedoch auch empirische Ergebnisse als Basis für die Drucksteuerung verwendet werden. Das mathematische Modell wird nachstehend beschrieben. Der Heliumdruck steuert den Wärmeübergang zu dem ESC, wie durch den Block 202 angezeigt ist (alternativ kann jede Art von Substratträger verwendet werden). Der ESC wird entweder durch einen Wärmeaustauscher 233 gekühlt oder durch eine Heizeinrichtung 243 erhitzt, wobei die Größe des Wärmeübergangs auf den Wafer von dem Heliumdruck gesteuert wird. Dieser Wärmeübergang kann durch die Wärme aufgehoben werden, die von der Energie erzeugt wird, die aus dem Plasma übertragen wird (was durch den Block 204 veranschaulicht ist), die sich (wie durch den Block 206 veranschaulicht) mit dem Wärmeübergang auf den ESC kombi niert. Der Gesamtwärmeübergang, der an der thermischen Wafermasse anliegt (wie durch den Block 208 dargestellt), erzeugt die Temperatur 210 des Wafers. Man vermerke, dass anstelle eines Halbleiterwafers auch andere Substrate verwendet werden können. Die Endtemperatur 210 des Wafers beeinträchtigt auch die Größe des Wärmeübergangs an den elektrostatischen Halter, was durch die Rückkoppelungslinie 211 angezeigt ist. Die Wärmeübergangsfunktion zwischen dem ESC und dem Wafer ist, wie im Block 202 angezeigt, eine Funktion der Temperatur des Wafers sowie der Temperatur des ESC. Wie gezeigt, entfernt der Wärmeübergang an den ESC Wärme aus dem Wafer, während die Wärme aus dem Plasma dem Wafer Wärme hinzufügt. Dies kann jedoch umgekehrt werden, wenn der elektrostatische Halter zum Erhitzen des Wafers verwendet wird und somit einen Wärmeeingang bildet, während Wärme aufgrund des Plasmas bei einer niedrigeren Temperatur oder einfach durch die Kammer bei Fehlen eines Plasmas entfernt wird.
Ein Block 212 zeigt die Umwandlung der Temperatur in ein elektrisches Signal durch den Temperatursensor. Der Block 214 zeigt die Übergangsfunktion, die an dem Prozessor anliegt, bevor das Temperatursignal mit der Temperatursetzstelle als Rückkoppelung kombiniert wird. Eine solche Übertragungsfunktion kann in ihrer einfachsten Form eine Multiplikation mit einer Konstanten, die eins sein kann, oder einfach eine Umformung aus einem Analogsignal in ein Digitalsignal sein.
Die von der Steuereinrichtung ausgeführten Funktionen erfolgen unter der Steuerung eines Programms im Speicher 245. Dieses Programm enthält Instruktionen zur Ausführung der verschiedenen Schritte, beispielsweise Instruktionen zum Lesen der Temperaturanzeige aus dem Temperatursensor, eine Instruktion zum Vergleich dieser Temperatur mit der gewünschten Eingabesetztemperatur und eine Instruktion zum Steuern des Druckventils (oder der Strömungsdrossel), um den Druck des Gases in einer speziellen Druckzone zu ändern. Andere lnstruktionen werden zur Unterbrechung des Gasstroms im Falle eines Fehlers, usw. vorgesehen.
Der Heliumdruck kann durch Erhöhen oder Erniedrigen des Drucks gesteuert werden, wenn ein einfacher elektrostatischer Halter mit einem Druck verwendet wird. Alternativ können dann, wenn wie bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwei Druckzonen verwendet werden, der äußere und innere Heliumdruck ge trennt gesteuert werden. Die Temperatur eines jeden Bereichs kann aus einem einzigen Temperatursensor abgeleitet werden, der beispielsweise nahe dem Schnittpunkt der beiden Zonen angeordnet werden kann. Alternativ können zwei verschiedene Temperatursensoren verwendet werden. Bei einer anderen alternativen Ausgestaltung kann der Temperatursensor an der oberen Fläche des elektrostatischen Halters befestigt oder alternativ in direkten Kontakt mit dem Wafer gesetzt werden. Der Temperatursensor kann zum Ableiten des Drucks verwendet werden, beispielsweise wo ein Leckstrom zwischen den Zonen ist, was eine Druckänderung verursacht. Ein Druckregulator kann nur den Druck an einem Ausgang messen, was gewöhnlich in einem bestimmten Abstand von dem Wafer der Fall wäre, wodurch man unter ihm einen anderen Druck hätte. Ein Temperatursensor könnte zum Ableiten des tatsächlichen Drucks unter dem Wafer verwendet werden. Abhängig von der Waferoberflächenrauigkeit könnte der Leckstrom variieren, so dass der vorgesehene Druck variiert werden müsste.
Das Steuersystem hat gewöhnlich bestimmte Beschränkungen. Beispielsweise ist der Heliumdruck so beschränkt, dass der Wafer nicht von dem elektrostatischen Halter abgehoben wird oder dass keine Druckdifferenz gebildet wird, die einen thermischen Gradienten verursachen würde, der den Wafer aufgrund Wärmespannung beschädigt. Wenn solche Beschränkungen überschritten werden oder irgendein anderer definierter Fehler auftritt, wird der Gasstrom unterbrochen.
Prozesszubehör
Das Prozesszubehör besteht aus einem Bund und einer Abdeckung. Zusätzlich kann auch ein Mantel verwendet werden. Der keramische Bund hat Wafergröße, ist artspezifisch und zwischen dem elektrostatischen Halter und der Quarzabdeckung angeordnet. Der Hauptzweck des Bundes besteht darin, den Flansch des elektrostatischen Halters vor den Einflüssen des Plasmas zu schützen. Die Abdeckung erstreckt sich von dem Bund zu dem Außenumfang der Kathodenanordnung, und ihr Hauptzweck besteht darin, die Kathodenanordnung vor den Einflüssen des Plasmas zu schützen. An der unteren Kammer kann ein Mantel angeordnet werden, um das Distanzstück und den O-Ring, die die obere und untere Kammer abdichten, vor den Einflüssen des Plasmas zu schützen.
Bei einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein verbessertes Prozesszubehör oder eine Abschirmung für einen elektrostatischen Halter in einer Halbleiterbehandlungskammer vor, das/die die Abscheiung von gasförmigen Produkten auf ihn unterbindet oder ihr Widerstand entgegensetzt. Zusätzlich sorgt die Abschirmung für ein schnelleres Entfernen von Oxidabscheidung, was zu einer Erhöhung der Durchsatzleistung des Waferfertigungsprozesses führt.
Bei einer Ausführungsform können der Bund oder die Abdeckung ein leitendes Material aufweisen, das auf einer oder mehreren Oberfläche oder in ihnen angeordnet ist, um das Reinigen der Oberfläche zu verstärken. Insgesamt werden die induktiven Wicklungen, die um den dielektrischen Dom 32 herum angeordnet sind, dazu verwendet, das leitende Material in oder an dem Bund oder der Abdeckung zu erwärmen, was dann zu einer Erwärmung der Bund- oder Abdeckungsoberflächen führt. Es wurde gezeigt, dass In-situ-Reinigungsprozesse, die unter Verwendung von Fluorchemie oder anderen reaktiven Gasen ausgeführt werden, bei erhöhten Temperaturen besser ablaufen. Die Verwendung der induktiven Wicklung und eines Leiters, der in oder an den Prozesszubehörkomponenten angeordnet ist, erhöht die Temperatur der Oberflächen dieser Bauteile und vergrößert die Reinigungsraten.
Beispielsweise kann ein Metall auf einer Oberfläche eines Prozesszubehörbauteils, beispielsweise einem Bund oder einer Abdeckung, abgeschieden werden, um einen Leiter zu bilden, in dem ein Strom induziert werden kann. Die Wirkungsweise des Erhitzungsprozesses ist ähnlich dem, der sich in einem Transformator einstellt, bei dem die Wicklung die äußere Wicklung und die Metallschicht die innere Wicklung ist.
11 ist eine Schnittansicht eines elektrostatischen Halters und eines Prozesszubehörs. Eine Substratträgeranordnung 230 hat einen Trägerkörper 232, der vorzugsweise als einstückiger Block aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist, der eine hohe thermische Masse und eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, um die Absorption von Wärme aus einem Wafer zu erleichtern, der über seiner oberen Fläche gekühlt wird. Das bevorzugte Material für den Trägerkörper 232 ist Aluminium oder eloxiertes Aluminium aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit von etwa 237 W m^–1K^–1 und weil es insgesamt mit dem Halbleiterwafer behandlungsverträglich ist. Der Trägerkörper 232 kann aus anderen Metallen, wie rostfreiem Stahl oder Nickel bestehen, ein zusätzliches nicht leitendes Material aufweisen, oder der ganze Trägerkörper 232 kann aus einem nichtleitenden oder halbleitenden Material bestehen. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist der Trägerkörper 232 eine monolithische Keramikplatte. Bei dieser Ausgestaltung hat die Keramikplatte ein in sie eingebettetes leitendes Element. Das leitende Element kann ein metallisches Element, eine Rohdruckmetallisierung, ein Maschengitter oder dergleichen sein. Der Trägerkörper 232 bildet einen ringförmigen Montageflansch 234, der sich nach außen von der Außenfläche des Trägerkörpers 232 erstreckt. An die Substratträgeranordnung 230 wird von einer Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) eine Spannung, vorzugsweise etwa 700 V, angelegt, um die elektrostatische Anzugskraft zu erzeugen, die einen Wafer W in unmittelbarer Nähe an der oberen Fläche des Trägerkörpers 232 hält.
Gemäß 11 hat der Substratträger 230 eine glatte Schicht eines dielektrischen Materials 236, das eine obere Fläche 238 des Trägerkörpers 232 abdeckt, um die untere Fläche eines Wafers W abzustützen. Die dielektrische Schicht 236 deckt die gesamte obere Fläche 238 des Trägerkörpers 232 mit Ausnahme des Bereichs ab, der über vier Hubstiftlöchern 240 liegt. Die dielektrische Schicht 236 hat vorzugsweise eine dünne keramische dielektrische Schicht, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 2,5 bis 7,8 mm (0,10 bis 0,30 Zoll), aus Aluminiumoxid oder einer Aluminiumoxid/Titanoxid-Zusammensetzung, die über die obere Fläche 238 des Trägerkörpers 232 durch Plasma aufgestäubt ist.
Bei einer Ausgestaltung ist eine Abschirmung 242 in Form eines dünnen Rings aus leitendem Material 244 vorgesehen, das unter einem Bund 246 abgeschieden ist. Der Bund 246 wird von dem Ringflansch 234 abgestützt und von einer Abdeckung 248 gehalten. Die Abdeckung 248 ist vorzugsweise ein äußerer Keramikmantel zum Abdecken und Schützen der seitlichen Flächen des Trägerkörpers 232, um die für das Reinigen der Kammer ertorderliche Zeit zu verringern. Der Bund 246 ist vorzugsweise von dem Ringflansch 234 durch einen kleinen Zwischenspalt 250 getrennt. Der Spalt 150 wird durch die natürliche Oberflächenrauigkeit der oberen Fläche des Ringflansches 234 und der unteren Fläche des leitenden Materials 244 oder des Bundes 246 erzeugt. Der Spalt 250 ist vorzugsweise etwa 13 bis 127 μm (0,5 bis etwa 5 mils) dick. Bei der Umgebung der Behandlungskammer mit relativ niedrigem Druck, gewöhnlich in der Größenordnung von etwa 666 mPa (5 Millitorr), bildet der Spalt 250 eine thermische Sperre, die eine Wärmleitung zwischen dem Bund 246 und dem Trägerkörper 232 unterbindet.
Wie in 11 gezeigt ist, hat der Bund 246 vorzugsweise einen Innendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Trägerkörpers 232, wodurch ein zweiter Spalt 252 dazwischen gebildet wird. Der Spalt 252 bildet einen Raum für die Expansion des Trägerkörpers 232, wenn er in der Behandlungskammer erhitzt wird, und gewährleistet auch, dass die Abschirmung 242 installiert und entfernt werden kann, ohne den Substratträger 230 oder den Bund 246 zu beschädigen. Der Bund 246 besteht aus einem isolierenden oder dielektrischen Material, vorzugsweise aus Keramik, die dazu dient, das Plasma in der Behandlungskammer über dem Wafer an einer Kontaktierung und dadurch einer Erodierung eines Teils des elektrostatischen Halters zu hindern. Der Bund 246 ist jedoch nicht notwendigerweise auf ein Isoliermaterial beschränkt. Die Anmelderin hat gefunden, dass ein Bund 246 aus einem halb leitenden Material den elektrostatischen Halter wirksam vor Plasma in der Behandlungskammer schützen kann.
Der Bund 246 ist ein dünner Ring 254 mit einer gekrümmten oberen Fläche 256, die der Abscheiung von Gasen in der Behandlungskammer ausgesetzt ist. Das Verhältnis des Oberflächenbereichs der ausgesetzten oberen Oberfläche 256 zur thermischen Masse des Bundes 246 ist vorzugsweise hoch und beträgt gewöhnlich etwa 0,1 bis 5 cm²K/J, und vorzugsweise etwa 1 bis 1,6 cm²K/J. Das hohe Verhältnis des ausgesetzten Oberflächenbereichs zur thermischen Masse des Bundes 246 veranlasst seine Erhitzung auf eine merklich hohe Temperatur durch die HF-Energie in der Kammer. Da die Oxidabscheidungsrate gewöhnlich umgekehrt proportional zur Temperatur der Oberfläche in der Behandlungskammer ist, verhindert die von dem Bund 246 aufgenommene Wärme eine Oxidabscheidung an der freiliegenden oberen Oberfläche. Dadurch minimiert die Geometrie des Bundes 246 (d. h. das hohe Verhältnis von freiliegender Oberfläche zu thermischer Masse) die Abscheidungsrate auf der oberen Fläche 256.
Während eines Abscheidungsprozesses wird Oxid aus den Prozessgasen auf den Wafer W und auf einen wesentlichen Teil der freiliegenden Oberflächen der Kammer abgeschieden, beispielsweise auf den inneren Wänden des Mantels und der oberen Fläche 256 des Bundes 246. Da die thermische Masse des Bundes 246 relativ klein verglichen mit dem Oberflächenbereich der Fläche 256 ist, nimmt der Bund 246 eine relativ große Wärmemenge aus der HF-Leistungseinspeisung auf. Der Bund 246 wird auch durch den dünnen Ring aus leitendem Material 244 erhitzt, das Wärme über die HF-Leistung erzeugt. Dies verringert weiterhin die Rate der Oxidabscheidung auf der oberen Fläche 72.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der Bund 246 in der Größe vorzugsweise so bemessen, dass die obere Fläche des Bundes 246 sich unter der oberen Fläche des Wafers befindet, wenn der Wafer auf der oberen Fläche der dielektrischen Schicht 236 aufliegt oder daran angrenzt. Das Positionieren des Bundes 246 unter der oberen Fläche des Wafers senkt weiterhin die Oxidabscheidungsrate auf der oberen Fläche 256 und ergibt eine verbesserte Sichtlinie zu den Waferrändern. Deshalb können die Ränder des Wafers eine höhere Abscheidungsrate aufnehmen als in dem Fall, in dem sich die Abschirmung 242 über dem Wafer erstreckt. In einigen Prozessen kann dies vorteilhaft für eine Kompensation der höheren Abscheiderate in der Mitte des Wafers sein, die sich gewöhnlich während der Behandlung einstellt.
In der Schnittansicht des Prozesszubehörs in einer Behandlungskammer nach 12 kann die Quellen-HF-Wicklung 260 in einer induktiven HDP-Quelle dazu verwendet werden, das keramische Prozesszubehör zu erhitzen. Der dünne Ring aus leitendem Material 244, der an einer oder mehreren Flächen oder innerhalb des keramischen Prozesszubehörs angeordnet werden kann, wirkt als Sekundärwicklung eines Transformators und leitet den durch die HF-Ströme in der Quellen-HF-Wicklung 260 induzierten Strom, der Wärme für das Prozesszubehör erzeugt. Der Widerstand der Sekundärwicklung ist von primärer Bedeutung, da ein entweder zu niedriger oder zu hoher Widerstand zu einer ineffizienten Leistungsübertragung und somit zu einer ineffizienten Erhitzung des Prozesszubehörs führt.
Für die in 12 gezeigte Kreisgeometrie ist der Widerstand R etwa 2 πrρ/wd, wenn r ein Maß für die radiale Abmessung des äußeren Radius des dünnen Rings aus leitendem Material, w die Breite des leitenden Materials, d die Dicke des leitenden Materials und ρ der spezifische Widerstand des leitenden Materials ist. Der Widerstand R wird vorzugsweise durch ein Verändern von wd, also der Querschnittsfläche des leitenden Materials 244, gesteuert. Um einen optimalen Kontakt mit dem Bund 246 zu erreichen, wird bevorzugt, dass w so groß wie möglich, jedoch kleiner als die Breite des Bundes 246 ist. Ein bevorzugtes Verfahren zum Erzielen des Optimalwerts d ist eine empirische Überwachung der Erhitzungsgeschwindigkeiten von verschiedenen Proben mit unterschiedlicher Dicke d des leitenden Materials. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wurde ein Prozesszubehör mit Graphit als leitendem Material bei dem Ring mit einem inneren Radius von 10 cm und einem äußeren Radius von 12 cm sowie einer Dicke von 0,13 mm induktiv auf eine Temperatur von etwa 288°C erhitzt.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Reinigungsrate oder Abscheidungsentfernungsrate des Prozesszubehörs gewöhnlich eine Funktion seiner Temperatur (d. h. je heißer die Abschirmung während der Behandlung wird, desto schneller kann sie gereinigt werden). Während des Reinigens wirkt das leitende Material 244 als Sekundärwicklung eines Transformators, der den durch HF-Ströme in der Quellen-HF-Wicklung 260 induzierten Strom leitet, der Wärme für das Prozesszubehör erzeugt. Somit wird bei einer erhöhten Temperatur die Reinigungsrate des Bundes 246 erhöht, was die Stillstandszeit der Vorrichtung 2 verringert, wodurch der Durchsatz des Prozesses erhöht wird.
Gasverteilungsanordnung
Im Folgenden wird die Gasverteilungsanordnung 300 unter Bezug auf 13 bis 16 erläutert. 13 ist eine Schnittansicht durch eine Kammer der vorliegenden Erfindung, die die Gasverteilungsanordnung 300 zeigt. Das Gasverteilungssystem hat insgesamt einen Gasring 310, der zwischen dem unteren Teil des Doms und der oberen Fläche des Kammergehäuses angeordnet ist, sowie eine zentral angeordnete mittige Gaszuführung 312, die durch die Oberseite des Doms hindurch angeordnet ist. In die Kammer werden Gase sowohl durch am Umfang angeordnete Gasdüsen 302, 304, die sich in der Nähe des Bodens des Doms 32 befinden, und durch eine zentral angeordnete Gasdüse 306 eingeführt, die sich in der oberen Platte des Doms befindet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Gasen in die Kammer an ausgewählten Stellen innerhalb der Kammer über die Düsen 302, 304, 306 eingeführt werden kann. Zusätzlich können andere Gase, wie Sauerstoff oder eine Kombination von Gasen, längs Seitendüsen 306 durch einen Gaskanal 308 eingeführt werden, der um die Düse 306 angeordnet ist, und mit den anderen Gasen vermischt werden, die in die Kammer eingeführt werden.
Der Gasverteilungsring und der zentral angeordnete Gasverteiler werden nachstehend getrennt beschrieben.
Der Gasverteilungsring 310 ist insgesamt ein Ring aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material 314, in dem eine Vielzahl von Öffnungen für die Aufnahme von Düsen ausgebildet sind und die in Verbindung mit einem oder mehreren Gaskanälen 316, 318 stehen. Vorzugsweise gibt es wenigstens zwei getrennte Kanäle, die in dem Gasring ausgeführt sind, um wenigstens zwei separate Gase in die Kammer zu führen. Jede der Öffnungen für die Aufnahme der Düsen ist mit wenigstens einem der Gasverteilungskanäle 316, 318 verbunden, die in dem Ring ausgebildet sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind abwechselnde Öffnungen mit einem der Kanäle verbunden, während die anderen Öffnungen mit dem anderen Kanal verbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht beispielsweise die getrennte Einführung von gesonderten Gasen in die Kammer, beispielsweise von SiH₄ und O₂.
14 ist eine Schnittansicht, die einen ersten Gaskanal 316 zeigt, der an eine Öffnung 314 angeschlossen ist, die eine darin angeordnete Düse 302 aufweist. Wie gezeigt, ist der Gaskanal 316 in der oberen Fläche der Kammergehäusewand ausgebildet und ist vorzugsweise ringförmig um den gesamten Umfang der Kammerwand vorgesehen. Der ringförmige Gasring hat einen ersten Satz von Kanälen 320, die in Längsrichtung innerhalb des Rings angeordnet sind und die mit jeder der Öffnungen 314 verbunden sind, die für die Verteilung des Gases in dem Kanal vorgesehen sind. Wenn der Gasring über dem Gaskanal angeordnet ist, stehen die Durchgänge mit dem Kanal in Verbindung. Der Gasverteilungsring ist an der oberen Fläche der Kammerwand über zwei gesondert angeordnete O-Ringe 322, 324 abgedichtet, die außerhalb von dem Kanal angeordnet sind, um einen Gasleckstrom ins Innere der Kammer zu unterbinden. Innerhalb des Kanals ist in einer Aussparung 328 eine Teflon-Dichtung 326 oder dergleichen angeordnet, um einen Gasleckstrom in die Kammer zu verhindern.
Die Düsen 302, 304, die in den Öffnungen 314 angeordnet sind, sind vorzugsweise mit Gewinde versehen und passend für die Gewinde in der Öffnung, um eine Abdichtung dazwischen bereitzustellen und einen schnellen und leichten Austausch zu ermöglichen. Die verengende Öffnung 330 befindet sich im Ende jeder Düse und kann so ausgewählt werden, dass sie die gewünschte Verteilung des Gases in der Kammer bereitstellt.
15 ist eine Schnittansicht, die den zweiten Gaskanal 318 zeigt. Der zweite Gaskanal 318 ist in dem oberen Teil des Gasverteilungsrings ausgebildet und in ähnlicher Weise in einem Ringaufbau um den Umfang des Gasverteilungsrings angeordnet. Ein horizontal angeordneter Durchgang 332 verbindet den zweiten Gaskanal mit einer oder mehreren Öffnungen, die in dem Gasring ausgebildet sind und in denen zusätzliche Gasdüsen angeordnet sind. Die erhaltene obere Fläche des zweiten Gaskanals wird von dem Abschnitt des Deckels gebildet, der den Dom 32 trägt und der an der Oberseite der Basisplatte 33 abgedichtet ist. Der Gasring 310 ist mit der Basisplatte 33 verbolzt, die an dem Kammergehäuse angelenkt ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Gasverteilungsring leicht entfernt und durch einen Ring ausgetauscht werden kann, der Öffnungen hat, die für die Aufnahme und Positionierung der Spitzen der Düsen mit verschiedenen Winkeln ausgebildet sind, so dass das Verteilungsmuster der Gase eingestellt werden kann. Mit anderen Worten, für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, einige der Gasdüsen nach oben in die Kammer im Winkel zu richten oder umgekehrt einige von ihnen in der Kammer nach unten. Die in dem Gasverteilungsring ausgebildeten Öffnungen können so ausgefräst sein, dass ein gewünschter Winkel gewählt werden kann, um die gewünschten Prozessergebnisse bereitzustellen. Wenn wenigstens zwei Gaskanäle vorgesehen sind, die wenigstens zwei Gase getrennt in die Kammer abgeben können, ist eine bessere Steuerung der Reaktion möglich, die sich zwischen den unterschiedlichen Gasen einstellt. Weiterhin kann die Reaktion der Gase in der Gasverteilungsanordnung durch die getrennte Abgabe der Gase in die Kammer unterbunden werden.
16 ist eine Schnittansicht, die die zentrale Gasführung 312 zeigt, die durch den Dom 32 hindurchgehend angeordnet ist. Die obere Gaszuführung 312 ist vorzugsweise ein verjüngter Aufbau mit einer Basis 334, die an der Oberseite des Doms angeordnet ist, und mit einem verjüngten Körper 336, der in einer in dem Dom ausgebildeten Aussparung angeordnet ist. Zwei gesonderte O-Ringe 336, 338, von denen sich der eine an der unteren Fläche des verjüngten Körpers 336 und der andere an der Seitenfläche des verjüngten Körpers 338 zum unteren Ende hin befindet, sorgen für eine abdichtbare Berührung zwischen der Gaszuführung 312 und dem Dom der Kammer. An dem unteren Teil des Körpers der oberen Gaszuführung ist eine Öffnung 340 für die Aufnahme einer Düse 336 zur Abgabe von Gasen in die Kammer ausgebildet. Durch die Gaszuführung 310 hindurchgehend ist wenigstens ein Gaskanal 342 angeordnet, der mit der Öffnung zur Abgabe von Gasen an die Rückseite der Düse verbunden ist. Zusätzlich ist die Düse 306 verjüngend ausgebildet, und die Öffnung 340 bildet einen zweiten Gaskanal 308, der Gas längs der Seite der Düse 306 in die Kammer abgibt. Durch die Gaszuführung 312 hindurchgehend ist ein zweiter Gaskanal 304 angeordnet, um Gas in den Kanal 308 abzugeben. Längs der Seite eine Gases, wie SiH₄, kann ein Gas, wie Sauerstoff, zugeführt werden.
17 ist eine auseinander gezogene Ansicht, die die Basisplatte 33 der Deckelanordnung und den Gasverteilungsring 310 zeigt. In dem unteren Teil der Basisplatte 33 ist ein Kanal 350 für die Aufnahme des Gasverteilungsrings 310 ausgebildet. Der Gasring 310 ist mit der Basisplatte 33 verbolzt oder auf andere Weise verbunden. Die Basisplatte ist an dem Kammergehäuse angelenkt.
Eine erste Gasquelle 352 und eine erste Gassteuerung 354 steuern den Eintritt eines ersten Gases über eine Leitung 356 in einen ersten Gaskanal 316, der in der Kammerwand ausgebildet ist. In gleicher Weise führen eine zweite Gasquelle 358 und eine zweite Gassteuereinrichtung 360 ein zweites gewünschtes Gas über eine Leitung 362 in den zweiten Kanal 318, der in dem Gasverteilungsring ausgebildet ist.
Eine dritte Gasquelle 364 und eine dritte Gassteuereinrichtung 366 führen ein drittes Gas über eine Leitung 368 zu einem Gaskanal, der in der Oberseite der Kammer angeordnet ist. Eine vierte Gasquelle 370 und eine vierte Gassteuereinrichtung 372 führen ein viertes Gas über eine Leitung 374 zum Gaskanal 308. Das durch die dritte Gasdüse und die vierte Gasdüse 64 eingeführte Gas und O₂ werden im oberen Teil der Kammer gemischt, wenn beide Gase in die Kammer eintreten.
Plasma-Fernreinigungssystem
Die Fernplasmaquelle hat insbesondere eine entfernt liegende Kammer mit einem Gaseinlass, einem Gasauslass, einer Leistungsquelle, die mit der Kammer über einen Wellenleiter verbunden ist, und einem Applikatorrohr, das durch die Kammer hindurchgehend zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass angeordnet ist. 18 zeigt eine schematische Ansicht einer Fernplasmaquelle 500, die mit einer Kammer verbunden ist. Eine Kammer 502, die zylindrisch ist und vorzugsweise aus Aluminium besteht, hat einen Gaseinlass 504 und einen Gasauslass 506, die an gegenüberliegenden Enden angeordnet sind. Die Kammer wird vorzugsweise gekühlt, wofür entweder ein Gebläse verwendet wird, das durch eine Wand der Kammer hindurchgehend angeordnet ist, oder wofür ein Fluidkühlsystem benutzt wird, beispielsweise eine Reihe von Windungen mit einem Wärmeübertragungsfluid, wie Wasser, das durch sie hindurchströmt. Ein Applikatorrohr 508, beispielsweise ein Saphirrohr, oder ein anderes für Energie durchlässiges Rohr ist zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass in der Kammer 502 angeordnet. Eine wassergekühlte Förderleitung 510 verbindet den Gasauslass mit einem Gaskanal 28, der in dem unteren Teil der Behandlungskammer 10 ausgebildet ist. Mit der Kammer ist über einen Wellenleiter 512 eine Leistungsquelle gekoppelt. Eine Fernplasmaquelle, die zum Vorteil der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in der EP-A-O 687 467 beschrieben.
Vorzugsweise wird Leistung im Bereich von etwa 2000 W bis etwa 5000 W in die Kammer 502 abgegeben. Es sollte die optimale Leistung verwendet werden, die für die Dissoziation des Gases erforderlich ist. Jede zusätzliche Leistung ist verschwendet und wird gewöhnlich zur Erzeugung von zusätzlicher Wärme verwendet. Eine geringere Leistung als die optimale führt zu einer unvollständigen Dissoziation des Reinigungsgases und einer Verringerung der Reinigungsrate und des Wirkungsgrads. Bei einer Ausführungsform wird eine einzige Leistungsquelle verwendet, um sowohl die Quellenantenne als auch die Fernplasmakammer zu betreiben.
Man nimmt an, dass die Reinigungsreaktionen in der Kammer, die äußerst schnell ablaufen, von dem Typ 4F*_(Gas) + SiO₃6 SiF_4(Gas) + O_2(Gas) und 2F* + SiO_2(Gas) 6 SIF_2(Gas) + O_2(Gas) sind, wobei gasförmige Produkte erzeugt werden, die aus der Kammer 13 durch Vakuumpumpen der Gasphase entfernt werden. Die Reaktionsteilnehmergase, die bei der Erzeugung hoher Konzentrationen von langlebigen erregten neutralen Fluorspezies F* äußerst effektiv sind, sind NF₃, F₂, SF₆, CIF₃, CF₄ und C₂F₆. Es können jedoch auch andere Reinigungsgase verwendet werden, die durch Mikrowellen erregbar sind und mit Abscheidungsmaterial in der Kammer reagieren. Für das Mikrowellen-Fernreinigungssystem von 9 in der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung von NF₃ und F₂ verdünnt auf Konzentrationen von etwa 10% bis etwa 50% in inertem Argongas bevorzugt. Die gewünschten Reinigungsreaktionen, die durch die Verwendung der Fernplasmaquelle erzeugt werden, schreiten ohne irgendein Ionenbombardement der Kammer oder der Substratträgeraufbauten fort, so dass die Notwendigkeit für eine Abdeckung der Wafer auf dem ESC 104 oder ein periodischer Austausch von kritischen Kammeranordnungen vermieden wird. Dadurch wird ein weitaus effizienterer Einsatz und Durchsatz des Systems erreicht.
18 zeigt auch die Förderkanäle für das Reinigungsgas, die in den Kammerwänden ausgebildet sind. Das Gas wird von der entfernt liegenden Quelle 500 zu einem ersten Gaskanal 28 gefördert, der horizontal in der Rückwand 520 der Kammer angeordnet ist. Der erste Gaskanal 28 erstreckt sich über der Länge der Rückwand und fördert Gase zu gegenüberliegenden Seiten der Kammer. In dem unteren Teil der Kammer ist ein zentraler Gasanschluss 522 ausgebildet, der den ersten Gaskanal 28 mit der Förderleitung 510 verbindet. In jeder der Seitenwände der Kammer ist ein zweiter Gaskanal 524 ausgebildet, der in einer Schlitzöffnung 526 in der Kammer endet. Eine Eckabdeckung ist mit einem Kanal versehen, der darin ausgebildet ist, um die Enden des ersten Gaskanals 28 mit jedem der Seitengaskanäle 524 zu verbinden, die in den Seitenwänden ausgebildet sind. Die Eckenabdeckung ist vorzugsweise in ihrer Position an dem Kammergehäuse angeschweißt und erleichtert die Gaszuführung durch das Kammergehäuse zu den Schlitzöffnungen 526 in der Kammer.
In den Schlitzöffnungen 526 der zweiten Gaskanäle 524 ist zur Führung der Reinigungsgase in die Kammer vorzugsweise ein erstes Gasausbreitelement 528 angeordnet. 19 ist eine Draufsicht auf das Gasausbreitelement 528 und zeigt die gekrümmten Seitenflächen 530, 532, die die Reinigungsgase zu gegenüberliegenden Seiten der Kammer fördern. Die gekrümmten Flächen 530, 532 sind quer über die zweiten Gaskanäle 524 angeordnet, um die Gase nach außen in die Kammer zu führen.
20 ist eine Seitenansicht des Gasausbreitelements 528. Der hintere Teil 534 des Gasdiffusors verjüngt sich, damit Gase über den in dem Kanal 524 angeordneten Gasdiffusor hinaus so gehen können, dass Gas in beide Seiten der Kammer geführt wird. In einem Ende des Gasdiffusors ist eine Aussparung 536 für einen Keileingriff des Diffusors in einer Position in dem Gaskanal ausgebildet. Für das Einpassen in die Aussparung ist ein Keil 538 vorgesehen, während eine Schraube den Keil in der Aussparung zwangsweise in Position hält und den Keil mit dem Diffusor und den Diftusor mit dem Kammergehäuse verbindet.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Gasumlenkung in der Kammer angrenzend an jede Schlitzöffnung 526 in der Kammer angeordnet werden, um die Reinigungsgase nach oben und über das Prozesszubehör und den ESC 104 zu leiten. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Umlenkung 540, die an dem Gasdiffusor 528 über einen Flansch 542 montiert ist. Der Körper 544 der Umlenkung bildet eine gekrümmte Fläche 546, die etwas nach oben im Winkel angeordnet ist, wenn sie in der Kammer positioniert ist, um die Reinigungsgase zwangsweise nach oben in der Kammer und über den ESC 104 und das Prozesszubehör zu führen.
Es hat sich gezeigt, dass der Reinigungsprozess besonders effizient ist, wenn die Reinigungsgase in die Kammer von oberhalb des ESC und des Prozesszubehörs eintreten. Zusätzlich wird bevorzugt, dass die Gase in der Kammer nach oben und von dem ESC und dem Prozesszubehör wegströmen, um zu verhindern, dass Reinigungsgase Teilchen oder Reste, die sich während des Reinigungsprozesses gelöst haben, auf den ESC zu schieben. Wenn Teilchen auf dem ESC zurückbleiben, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass ein Heliumleckstrom während des Haltens auftritt. Die Umlenkung lenkt den Gasstrom nach oben und verstärkt die Reinigung und verhindert eine Ablage von Teilchen auf dem ESC.
Obwohl sich das Vorstehende auf die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bezieht, können andere und weitere Ausgestaltung der Erfindung bewerkstelligt werden, ohne den Grundrahmen davon zu verlassen, wobei der Rahmen durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

Vorrichtung (10) zum Behandeln von Substraten a) mit einer Kammer (12), die (i) eine Kammerseitenwand (18), (ii) einen Deckel (14), der an einem Ende der Seitenwand (18) angeordnet ist und einen energieübertragenden Dom (32) mit einem Domoberteil (68) und einer Domseitenwand (66) hat, und (iii) einen Boden aufweist, der am gegenüberliegenden Ende der Seitenwand (18) angeordnet ist, b) mit einem Substratträgerelement-Kragarm (96), der an der Seitenwand (18) angebracht ist, c) mit einem oder mehren Gaseinlässen (306, 308), die durch den Deckel (14) hindurch für die Zuführung von einem oder mehreren Prozessgasen in die Kammer (14) angeordnet sind, d) mit einem oder mehreren Gaseinlässen (302, 304), die durch die Seitenwand hindurch für die Zuführung von einem oder mehreren Prozessgasen in die Kammer (12) angeordnet sind, e) mit einer ersten HF-Wicklung (74), die um die Domseitenwand (66) herum und daran angrenzend angeordnet ist, und f) mit einem Auslasskanal (54), der im Boden der Kammer (12) angeordnet ist, gekennzeichnet g) durch eine zweite HF-Wicklung (72), über dem Domoberteil (68) und daran angrenzend angeordnet ist, h) durch eine erste Frequenzabstimmungs-HF-Leistungsquelle (78), die mit der ersten HF-Wicklung (74) verbunden ist, und i) durch eine zweite Frequenzabstimmungs-HF-Leistungsquelle (76), die mit der zweiten HF-Wicklung (72) verbunden ist, wobei jede der ersten und zweiten Frequenabstimmungs-HF-Leistungsquelle eine Steuerschaltung hat, die so ausgelegt ist, dass sie eine Frequenz der ersten bzw. zweiten HF-Leistungsquelle so ändert, dass die reflektierte, Leistung minimiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Dom (32) aus einem dielektrischen Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welchem das Material ein keramisches Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus AI₂O₃, AIN, SiO₂ oder Kombinationen davon besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste Wicklung (74) eine Wendelwicklung ist, die um die Seite des Deckels (34) herum gelegt ist, während die zweite Wicklung (72) eine Flachwicklung ist, die angrenzend an die Oberseite des Deckels (34) angeordnet ist, wobei die auf der Oberseite des Deckels angeordnete Flachwicklung einen Durchgang bildet, durch den hindurch eine oder mehrere Gaseinlässe angeordnet werden können, und wobei der von der zweiten Wicklung (72) gebildete Durchgang zentral über den Substratträgerelementen (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen Leistungsteiler aufweist, der eine Eingangsleitung und eine erste und eine zweite Ausgangsleitung hat, und der auf ein Steuersignal anspricht, das bestimmt, wie der Leistungsteiler die Leistung auf die erste und zweite Ausgangsleitung verteilt.
Verfahren zur Behandlung eines Substrats, bei welchem a) das Substrat auf einem Substratträgerelement angeordnet wird, das kragarmartig an einer Seitenwand (18) der Behandlungskammer (12) angebracht ist, b) ein erstes Gas durch ein erstes Gasverteilungssystem (302, 304) eingeführt wird, das am Umfang um eine Innenfläche der Seitenwand (18) zwischen einem Kammerdeckel (14) und dem Substratträgerelement angeordnet ist, wobei der Kammerdeckel (14) einen Energie übertragenden Dom (32) aufweist, c) ein zweites Gas durch ein zweites Gasverteilungssystem (306, 308) eingeführt wird, das durch den Deckel (14) hindurch angeordnet ist, d) ein Plasma des ersten und zweiten Gases erzeugt wird, die in die Kammer eingeführt werden, wobei eine erste Frequenzabstimmungs-HF-Leistungsquelle (78), die mit einer ersten HF-Wicklung (74) verbunden ist, die auf der Außenfläche des Deckels (14) angrenzend an die Domseitenwand (66) des Doms (32) angeordnet ist, und eine zweite Frequenzabstimmungs-HF-Leistungsquelle (76), die mit einer zweiten Wicklung (72) verbunden ist, die auf einer Außenfläche des Deckels (14) angrenzend an ein Domoberteil (68) des Doms (32) angeordnet ist, wodurch ein Prozess, ausgewählt aus der Gruppe, die das Abscheiden und das Ätzen aufweist, auf dem Substrat ausgeführt wird, wobei jede der ersten und zweiten Frequenzabstimmungs-HF-Leistungsquelle eine Steuerschaltung hat, die so ausgelegt ist, dass sie eine Frequenz der ersten bzw. zweiten HF-Leistungsquelle so ändert, dass die reflektierte Leistung minimiert wird und e) die Gase durch einen Auslasskanal (54) abgeführt werden, der an ein dem Deckel (14) gegenüberliegendes Ende angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin das Steuern einer Temperatur des Substrats aufweist das auf dem Substratträgerelement unter Verwendung eines elektrostatischen Doppelzonen-Spannfutters angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin das Entfernen des Substrats aus der Kammer (12) und das Reinigen der Kammer (12) unter Verwendung des Plasmas aufweist, das von einer entfernten Plasmaquelle (500) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die entfernte Plasmaquelle angeregte Fluoratome aus einem Reinigungsgas zuführt, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus NF₃, F₂, SF₆ und CIF₃ besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die angeregten Fluoratome in dem Reinigungsgas mit Argongas auf eine Konzentration zwischen etwa 10% bis etwa 50% verdünnt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin die Steuerung einer Temperatur des Kammerdeckels (14) aufweist.