DE69825630T2 - Fokusringe - Google Patents

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focus ring
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ring
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Fokussierringe in Plasmabehandlungssystemen.
  • Die Verwendung von plasma-unterstützten Prozessen bei der Herstellung von Produkten auf Halbleiterbasis (wie beispielsweise integrierten Schaltungen oder Flachbildschirmen) ist wohlbekannt. Allgemein gesprochen umfassen plasma-unterstützte Prozesse die Behandlung eines Substrats (z.B. eine Glasplatte oder ein Halbleiterwafer) in einer Plasmabehandlungskammer. In der Plasmabehandlungskammer kann ein Plasma aus einem geeigneten Ätzmittel oder aus Abscheidequellgasen gezündet werden, um eine Materialschicht auf der Oberfläche des Substrats zu ätzen bzw. abzuscheiden.
  • Die EP-A-0 525 633 offenbart eine Plasmabehandlungsvorrichtung mit einem Fokussierring, der aus einem leitfähigen Material gebildet ist, welches einen elektrischen Widerstandswert geringer als jenen des zu behandelnden Gegenstandes besitzt.
  • Die EP-A-0 663 682 offenbart eine Plasmabehandlungsvorrichtung, bei welcher der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt des Fokussierrings einen leitfähigen Einsatz enthält.
  • Um die Diskussion zu vereinfachen, zeigt 1 ein vereinfachtes, induktiv gekoppeltes Plasmabehandlungssystem, das ein geeignetes Plasmabehandlungssystem zum Durchführen von plasma-unterstützten Prozessen an Substraten darstellt. Um die Darstellung zu vereinfachen, wurden 1 sowie die weiteren Figuren nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass obwohl in dieser Offenbarung ein induktiv gekoppeltes Plasmabehandlungssystem im Detail erläutert wird, die hier offenbarte Erfindung auf ein beliebiges bekanntes Plasmabehandlungssystem, einschließlich Behandlungssystemen zum Abscheiden, Reinigen und/oder Ätzen, eingesetzt werden kann. Bezüglich der Ätzsysteme kann die Erfindung zum Beispiel beim induktiv gekoppelten Plasmaätzen, Trockenätzen, reaktiven Ionenätzen (RIE), magnetisch-unterstützten reaktiven Ionenätzen (MERIE), Elektron-Zyklotron-Resonanz (ECR) – Ätzen oder dergleichen eingesetzt werden. Man beachte, dass obiges unabhängig davon gültig ist, ob Energie dem Plasma durch kapazitiv gekoppelte, parallele Elektrodenplatten, durch ECR – Mikrowellenplasmaquellen oder durch induktiv-gekoppelte RF-Quellen wie beispielsweise Schraubenresonatoren und Spulenanordnungen (ob planar oder nicht planar) übertragen wird. ECR und induktiv gekoppelte Plasmabehandlungssysteme sind unter anderen kommerziell einfach erhältlich. Induktiv gekoppelte Plasmasysteme, wie beispielsweise die induktiv gekoppelten Plasmasysteme TCPTM sind von Lam Research Corporation in Fremont, Kalifornien, erhältlich.
  • Bezug nehmend nun auf 1 enthält ein Plasmabehandlungssystem 100 eine Plasmabehandlungskammer 102. Über der Kammer 102 ist eine Elektrode 104 angeordnet, die in dem Beispiel von 1 durch eine Spule realisiert ist. Die Elektrode 104 wird über ein herkömmliches Anpassungsnetz 108 durch einen Radiofrequenz (RF) – Generator 106 erregt. In dem Beispiel von 1 erzeugt der RF-Generator 106 RF-Energie mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz, obwohl auch andere geeignete Frequenzen verwendet werden können.
  • In der Plasmabehandlungskammer 102 ist ein Duschkopf 110 gezeigt, der die Gasverteilungsvorrichtung zum Freigeben eines gasförmigen Ätzmittels oder von Abscheidquellgasen in einen Bereich 112 zwischen sich und einem Substrat 114 darstellt. Das Substrat 114 wird in die Plasmabehandlungskammer 102 eingebracht und auf einer das Substrate haltende Spannvorrichtung 116, welche als elektrostatische (ESC) Spannvorrichtung (ob von monopolarer oder bipolarer Konstruktion) realisiert sein kann, angeordnet. Die Spannvorrichtung 116 kann auch eine mechanische Spannvorrichtung, eine Vakuum-Spannvorrichtung oder einfach ein Werkstückhalter sein. Die Spannvorrichtung 116 wirkt als zweite Elektrode und ist über ein Anpassungsnetz 120 über einen Radiofrequenz (RF) – Generator 118 vorgespannt. Wie der RF-Generator 106 erzeugt auch der RF-Generator 118 des Beispiels von 1 RF-Energie mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz, obwohl auch andere geeignete Frequenzen verwendet werden können.
  • Um die plasma-unterstützte Behandlung zu vereinfachen, wird das Ätzmittel oder Abscheidquellgas durch den Duschkopf 110 geleitet und durch die durch die RF-Generatoren 106 und 118 zugeführte RF-Energie gezündet. Während der plasma-unterstützten Behandlung werden Nebenproduktgase durch eine Abgasöffnung 122 aus der Kammer 102 abgeleitet (mittels einer geeigneten Turbopumpenanordnung). Nach Beendigung der plasma-unterstützten Behandlung wird das Substrat 114 aus der Plasmabehandlungskammer 102 entfernt und kann zusätzlichen Behandlungsschritten unterzogen werden, um den fertigen Flachbildschirm oder die fertige integrierte Schaltung zu bilden.
  • In 1 ist auch ein Fokussierring 124 gezeigt. In dem Beispiel von 1 liegt ein Abschnitt des Fokussierrings 124 unter dem Substrat 114 und überlappt mit einem Abschnitt der das Substrat haltenden Spannvorrichtung 116. Wie dem Fachmann der Plasmabehandlungstechnik wohlbekannt, hilft der Fokussierring dem Fokussieren der Ionen aus dem RF-induzierten Plasmabereich 112 auf die Oberfläche des Substrats 114, um die Gleichmäßigkeit der Behandlung, insbesondere an der Kante des Substrats zu verbessern. Dies deshalb, weil, wenn die RF-Energie (von dem Radiofrequenz-Generator 118) der das Substrat haltenden Spannvorrichtung 116 zugeführt wird, Äquipotentialfeldlinien über dem Substrat 114 und dem Fokussierring 114 aufgebaut werden. Diese Feldlinien sind nicht statisch, sondern verändern sich während des RF-Zyklus. Die zeitgemittelten Feldergebnisse in der Plasmamasse sind positiv, und die Oberfläche von 114 und 116 ist negativ. Aufgrund der Geometriefaktoren sind die Feldlinien an der Kante des Substrats 114 nicht gleichförmig. Der Fokussierring hilft beim Richten der Masse der RF-Kopplung durch das Substrat 114 auf das darüber liegende Plasma, indem er als Kapazität zwischen dem Plasma und der erregten Elektrode (z.B. RF-erregte Spannvorrichtung 116) dient.
  • Während der Plasmabehandlung werden die positiven Ionen über die Äquipotentialfeldlinien (in 1 als Äquipotentialfeldlinien 130 repräsentativ dargestellt) beschleunigt, um auf die Oberfläche des Substrats 114 zu treffen, wodurch der gewünschte Behandlungseffekt (wie beispielsweise Abscheidung oder anisotropes Ätzen) vorgesehen wird. Obwohl die Ionenbeschleunigung und der Stoß auf das Substrat 114 im Allgemeinen erwünscht sind, falls sie richtig kontrolliert werden, neigen die Ionenbeschleunigung und der Stoß auf den Fokussierring 124 dazu, den Fokussierring 124 übermäßig zu erodieren. Im Stand der Technik wird typischer weise angenommen, dass die Erosion des Fokussierrings unvermeidbar ist. Im Stand der Technik ist die meiste Aufmerksamkeit darauf gerichtet, Wege zu finden, den Effekt zu minimieren, den eine solche Erosion auf den Prozess bewirkt (z.B. Teilchenverunreinigung). Beispielsweise können Systemkonstrukteure im Stand der Technik den Fokussierring 124 aus einem Material bilden, das im Allgemeinen ähnlich jenem, das zum Bilden der Wände der Plasmabehandlungskammer verwendet wird, oder des Substrats 114 ist, sodass die Erosion keinen anderen Typ von Teilchenverunreinigung in die Kammer einführt. Ein beliebtes Material zur Verwendung bei der Bildung eines Fokussierrings 124 im Stand der Technik ist Aluminiumoxid (AL2O3).
  • Bekanntermaßen ist jedoch Aluminiumoxid ein Material mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante, d.h. mit einer relativ geringen Impedanz. Deswegen existiert eine relativ hohe Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche 134 des Fokussierrings 124 und der Plasmahülle. Diese Potentialdifferenz zeigt sich deutlich durch das Vorhandensein der vielen Äquipotentialfeldlinien 130 entlang der Oberfläche 134 des Fokussierrings 124. Das Vorhandensein der vielen Äquipotentialfeldlinien über der Oberfläche 134 lässt die Ionen aus dem RF-induzierten Plasmabereich 112 mit einem relativ hohen Kraftniveau auf die Oberfläche 134 des Fokussierrings 124 schlagen, da die Ionen dazu neigen, sich über die Äquipotentialfeldlinien in einer Richtung senkrecht zu den Feldlinien selbst zu beschleunigen.
  • Der Ionenstoß auf der Oberfläche 134 bewirkt zusätzlich zu dem oben genannten Verunreinigungsproblem weitere unerwünschte Folgen. Falls zum Beispiel genug des Fokussierrings 124 durch das Auftreffen der Ionen weg erodiert ist, kann das Plasmamaterial beginnen, die darunter liegende Spannvorrichtung 116 anzugreifen, was mehr (und eine andere Art von) Teilchenverunreinigung entstehen lassen kann und schließlich das Ersetzen der Spannvorrichtung 116 erforderlich machen kann. Falls die Spannvorrichtung 116 eine elektrostatische (ESC) Spannvorrichtung (d.h. eine Spannvorrichtung, welche von elektrostatischen Kräften abhängt, um das Substrat 114 an ihre Oberfläche zu klemmen) ist, kann ferner ein Leckstrom von der Spannvorrichtung zu dem Plasma (wegen des die Spannvorrichtung 116 durch den erodierten Fokussierring 124 direkt kontaktierenden Plasmas) die Fähigkeit der ESC-Spannvorrichtung, das Substrat 114 an sich zu klemmen, verändern. Bei einer ungeeigneten Klemmung kann das Substrat während der Plasmabehandlung von der Spannvorrichtung springen oder es kann eine ungeeignete Wärmeübertragung zwischen dem Substrat und der Spannvorrichtung geben, um zuverlässige Behandlungsergebnisse zu gewährleisten.
  • In Anbetracht der obigen Erläuterungen gibt es erwünschte verbesserte Techniken zum Reduzieren der Fokussierring-Erosion in einer Plasmabehandlungskammer.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fokussierring zur Verwendung in einer Plasmabehandlungskammer vorgesehen, wobei der Fokussierring auch so ausgebildet ist, dass er wenigstens einen Abschnitt der das Substrat haltenden Spannvorrichtung überlappt, welche während des Plasmabetriebs mit Radiofrequenz (RF) – Energie betrieben wird, um als eine Elektrode zu dienen, mit
    einem Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt mit einer während des Plasmabetriebs einem Plasmabereich in der Plasmabehandlungskammer ausgesetzten Oberfläche,
    wobei der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt den Abschnitt der das Substrat haltenden Spannvorrichtung überlappt,
    und einer oder mehrere Bereiche in dem Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt aus einem Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als jener des Fokussierrings gebildet sind, wodurch die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung und der Oberseite des Fokussierrings erhöht wird.
  • Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unten in der detaillierten Beschreibung der Erfindung und in Zusammenhang mit dem folgenden Figuren in mehr Einzelheiten beschrieben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und nicht-einschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen, in welchen sich gleiche Bezugsziffern auf ähnliche Elemente beziehen, dargestellt.
  • 1 zeigt ein vereinfachtes induktiv-gekoppeltes Plasmabehandlungssystem, das ein geeignetes Plasmabehandlungssystem zum Durchführen von plasma-unterstützten Prozessen an Substraten darstellt.
  • 2 zeigt in mehr Einzelheiten einen Teil des herkömmlichen Fokussierrings, der in dem Plasmabehandlungssystem von 1 eingebaut ist.
  • 3 zeigt einen Teil eines Fokussierrings, welcher Einsätze mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung und der Oberseite des Fokussierrings zu erhöhen.
  • 4 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Teil des erfindungsgemäßen Fokussierrings, welcher einen Spalt/Spalte verwendet, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung und der Oberseite des Fokussierrings zu erhöhen.
  • 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, einen Teil des Fokussierrings, welcher einen geerdeten leitfähigen Einsatz/Einsätze verwendet, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung und der Oberseite des Fokussierrings zu erhöhen.
  • 6 zeigt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Teil des erfindungsgemäßen Fokussierrings, welcher viele Einsätze verwendet, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung und der Oberseite des Fokussierrings zu erhöhen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten erläutert, um eine komplettes Verständnis der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne einige oder alle dieser speziellen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Prozessschritte und/oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise unklar zu machen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fokussierring so aufgebaut, dass Äquipotentialfeldlinien (z.B. Äquipotentialfeldlinien 130 von 1) von der Oberseite des Fokussierrings weg gebogen sind, um die Energie zu reduzieren, mit welcher Ionen aus dem Plasma auf den Fokussierring 124 treffen. Durch Reduzieren der Anzahl der über der Oberseite des Fokussierrings existierenden Äquipotentialfeldlinien wird die Potentialdifferenz zwischen der Oberseite des Fokussierrings und dem Plasma reduziert, wodurch die Energie verringert wird, mit welcher die Ionen auf die Oberseite des Fokussierrings treffen. Mit dem reduzierten Ionenstoß wird auch die Erosion des Fokussierrings verringert.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein Teil des Fokussierrings, welcher über der RF-betriebenen Spannvorrichtung liegt, aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante oder einem Bereich mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet, um die Impedanz zwischen der darunter liegenden Spannvorrichtung zu dem Plasma durch den Fokussierring zu erhöhen. Mit größer werdender Impedanz zeigt sich ein größerer Spannungsabfall von der Spannvorrichtung zu der Oberseite des Fokussierrings, wodurch die Potentialdifferenz zwischen der Oberseite des Fokussierrings und dem Plasma verringert wird, um die Energie der darauf treffenden Ionen zu reduzieren.
  • Im Allgemeinen kann das Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante irgendeine Art eines geeigneten Materials sein (wie beispielsweise irgendein geeignetes Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als das herkömmliche Aluminiumoxid). Solche Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante enthalten zum Beispiel Quarz, Kunststoffe (z.B. Polyimid), Bornitrid, Aluminiumnitrid. In einem Ausführungsbeispiel kann der Bereich mit niedriger Dielektrizitätskonstante in dem Fokussierring durch einen Vakuumspalt in dem Fokussierring selbst realisiert sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der gesamte Fokussierring aus dem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet sein.
  • In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel ist in den Fokussierring ein geerdeter Einsatz integriert. Der geerdete Einsatz ist bevorzugt wenigstens in dem Abschnitt des Fokussierrings angeordnet, welcher über der Spannvorrichtung liegt. Der geerdete Einsatz biegt vorteilhafterweise die Äquipotentiallinien zu sich, wodurch die Kontur der Äquipotentiallinien von der Oberseite des Fokussierrings weg geändert wird. Wie oben erwähnt, wird, wenn über der Oberseite des Fokussierrings weniger Äquipotentiallinien existieren, die Energie, mit welcher die Ionen auf die Oberseite des Fokussierrings treffen, verringert, wodurch die Erosion des Fokussierrings reduziert wird.
  • Um die Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, zeigt 2 in mehr Einzelheiten eines Abschnitts eines Fokussierrings 124, einer Spannvorrichtung 116 und eines Substrats 114 des Standes der Technik. Wie in 2 dargestellt, enthält der Fokussierring 124 einen Abschnitt, welcher mit der das Substrat haltenden Spannvorrichtung 116 überlappt (d.h. den Abschnitt des Fokussierrings 124, der links von der gestrichelten Linie 202 in 2 ist). Bei dem herkömmlichen Fokussierring 124 aus Aluminiumoxid bleiben die Äquipotentialfeldlinien 130 wegen der relativ hohen Dielektrizitätskonstante des Aluminiumoxidmaterials im Wesentlichen parallel zu dem Abschnitt des Fokussierrings 124, der mit der Spannvorrichtung 116 überlappt. Folglich beschleunigen Ionen aus der Plasmahülle senkrecht zu den Äquipotentialfeldlinien zu der Oberseite 134 des Fokussierrings 124, um auf ihn zu treffen, und in einen Spalt 204, um auf eine untere Fläche 206 des Fokussierrings 124 zu treffen. Wie oben erwähnt, lässt der schwere Beschuss der Oberseite 134 und der unteren Fläche 206 Verunreinigungen austreten und verkürzt unvorteilhafterweise das Leben des Fokussierrings 124. Mit der Zeit kann der Abschnitt des Fokussierrings, der mit der Spannvorrichtung 116 überlappt, weg erodiert sein, was die Ionen direkt auf die Spannvorrichtung 116 treffen lässt, was zu einer Beschädigung der Spannvorrichtung führt. Die Erosion wird den Spalt zwischen 114 und 206 vergrößern, was mehr Rest von dem Plasma auf der Spannvorrichtung 116 ablagern lässt. Die Erosion verschlechtert auch das Aussehen des Fokussierrings, was zu seinem Austausch führt.
  • 3 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Fokussierringkonstruktion, welche in vorteilhafter Weise die Konturen der Äquipotentialfeldlinien während der Plasmabehandlung modifiziert, wodurch der Stoß, mit welchem die Ionen in der Plasmahülle auf die obere und die untere waagrechte Oberfläche des Fokussierrings treffen, reduziert wird. Bezug nehmend nun auf 3 sind wieder das Substrat 114 und die Spannvorrichtung 116 gezeigt. Der Fokussierring 302 stellt einen Fokussierring dar, dessen Form im Wesentlichen ähnlich jener des Fokussierrings 124 in 2 ist. Es ist selbstverständlich, dass in einem speziellen System die spezielle Form des Fokussierrings 302 in Abhängigkeit von der Anordnung der Spannvorrichtung 126, des Substrats 114 und/oder weiteren Elementen variieren kann. Deshalb ist die exakte Form des Fokussierrings 302 von 3 nur zu Veranschaulichungszwecken dargestellt und in keiner Weise einschränkend.
  • Der Fokussierring 302 weist vorzugsweise eine Oberseite 304 auf, die während der Plasmabehandlung der Plasmaumgebung ausgesetzt ist. Der Fokussierring 302 enthält ferner eine untere Fläche 306, welche während der Plasmabehandlung sowohl unter dem Substrat 114 als auch einem Spalt 308 (zwischen dem Substrate 114 und dem Fokussierring 302) liegt. Wie in 3 dargestellt, überlappt ein Abschnitt des Fokussierrings 302 mit der Spannvorrichtung 116 (d.h. der Abschnitt des Fokussierrings 302, welcher links von der gestrichelten Linie 310 ist). Es ist selbstverständlich, dass dieser die Spannvorrichtung überlappende Abschnitt in Draufsicht des Substrats 114 das Substrat 114 im Wesentlichen umgibt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Teil des die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitts 312 derart ausgebildet, dass die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 des Fokussierrings 302 erhöht ist. Wie oben erwähnt, resultiert die erhöhte Impedanz in einem größeren Spannungsabfall zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304, wodurch die Potentialdifferenz zwischen der Oberseite 304 des Fokussierrings 302 und der darüber liegenden Plasmahülle verringert wird. Die erhöhte Impedanz in dem die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 bewirkt auch, dass sich die Kontur der Äquipotentialfeldlinien in dem Spalt 308 in einer im Allgemeinen nach unten gerichteten Richtung weg von der Oberseite 304 zu der Spannvorrichtung 116 biegen.
  • Wenn die Kontur der Äquipotentialfeldlinien so geändert ist, gibt es weniger Äquipotentialfeldlinien über der Oberseite 304, und Ionen aus dem Plasmabereich nehmen weniger Energie auf, bevor sie auf die Oberseite 304 treffen. Das Biegen der Äquipotentialfeldlinien (in 3 als Äquipotentialfeldlinien 314 dargestellt) lässt auch Ionen, die in den Spalt 308 eindringen, zu der Kante des Substrats 114 laufen (da Ionen über Äquipotentialfeldlinien in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu den Feldlinien beschleunigen). Demgemäß treffen weniger Ionen auf die untere Fläche 306, und auftreffende Ionen tun dies im Allgemeinen mit weniger Energie im Vergleich zu der Situation in 2 des Standes der Technik.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 des Fokussierrings 302 durch Bilden wenigstens eines Teils des die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitts 312 des Fokussierrings 302 aus einem Material, welches eine geringere Dielektrizitätskonstante als der herkömmliche Fokussierring (welcher typischerweise aus Aluminiumoxid Al2O3 gemacht ist) aufweist, erreicht. In einem Ausführungsbeispiel kann der Fokussierring 302 aus Quarz oder irgendeiner Art Kunststoffmaterial gemacht sein, welches der Plasmaätzumgebung standhalten kann. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Verwendung von Kunststoffmaterialien im Fokussierring 302 in einer Plasmaätzumgebung im Stand der Technik aus Gründen der Teilchenverunreinigung nicht favorisiert wird. Mit der reduzierten Erosion des Fokussierrings 302 entlang der Oberseite 304 und der unteren Fläche 306 ist die Teilchenverunreinigung vermindert, wodurch die Verwendung vielseitiger Kunststoffmaterialien wie beispielsweise Polyimid (ein kommerzielles Ausführungsbeispiel davon ist als Vespel von der DupontTM Chemical Company bekannt) erleichtert wird.
  • Es ist möglich, dass der gesamte Fokussierring 302 aus dem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante gemacht ist oder nur ein Abschnitt des Fokussierrings 302, z.B. ein mit der Spannvorrichtung überlappender Abschnitt 312 aus dem Material mit geringerer Dielektrizitätskonstante gemacht ist. Natürlich kann die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 auch durch Bilden nur eines Teils des die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitts 312 aus dem Material der niedrigeren Dielektrizitätskonstante erhöht werden. Zum Beispiel kann irgendein Abschnitt links von der gestrichelten Linie 310 aus dem Material der niedrigeren Dielektrizitätskonstante gebildet sein, um eine verringerte Erosion des Fokussierrings zu erzielen. In einem Beispiel kann der Fokussierring 302 aus einem herkömmlichen Fokussierringmaterial gebildet sein und Einsätze aus dem Material niedrigerer Dielektrizitätskonstante können in wenigstens einem Abschnitt des die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitts 312 vorgesehen sein (z.B. entweder horizontal, vertikal oder in einem Winkel). Wenn das Material des Fokussierrings herkömmlich gehalten wird und der Einsatz darin eingeschlossen ist, wird kein neues Material in die Kammer eingeführt. Vorteilhafterweise müssen vor der Verwendung des verbesserten Fokussierrings keine ausgedehnten Tests durchgeführt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Impedanz zwischen der unteren Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 durch Vorsehen eines oder mehrerer Bereiche niedriger Dielektrizitätskonstante, z.B. Spalte, in den die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 des Fokussierrings 302 erzeugt. 4 veranschaulicht dieses Ausführungsbeispiel, in welchem zwei Spalte 402 und 404 in dem die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 ausgebildet sind. Obwohl 4 Vakuumspalte 402 und 404 zeigt, die ganz in dem die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 liegen, können solche Spalte auch über die gestrichelte Linie 310 in den Fokussierring 302 verlaufen, falls erwünscht. Ferner können die Vakuumspalte horizontal oder in einem Winkel zu der unteren Fläche angeordnet sein, falls erwünscht, und eine beliebige Anzahl Spalte kann vorgesehen sein.
  • Im Allgemeinen kann der Vakuumspalt eine beliebige Größe haben. Vorzugsweise ist jedoch der Vakuumspalt so dimensioniert, dass sich das Plasma während des Plasmabetriebs in dem Spalt nicht entzünden kann. Natürlich variiert die exakte Größe des Vakuumspalts in Abhängigkeit von dem Druck in der Plasmabehandlungskammer während der Plasmabehandlung und/oder der Menge Radiofrequenz (RF) – Energiezufuhr zu der Spannvorrichtung 116. Beispielsweise kann das Paschen-Gesetz eingesetzt werden, um die Dimension des Vakuumspalts zu bestimmen, um sicherzustellen, dass während des Plasmabetriebs in den Vakuumspalten keine Entzündung stattfindet. Auch die Anzahl der Spalte und ihre Dimensionen sollten unter Berücksichtigung der konstruktiven mechanischen Unversehrtheit des Fokussierrings bestimmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches jedoch kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann ein leitfähiger Einsatz (d.h. eine Metallplatte oder ein Metallring) in dem Fokussierring vorgesehen sein, um die Kontur der Äquipotentialfeldlinien während des Plasmabetriebs zu verändern, um eine Reduzierung der Erosion des Fokussierrings zu erzielen. Bezug nehmend nun auf 5 ist ein leitfähiger Einsatz 502 in dem die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 des Fokussierrings 302 angeordnet dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel von 5 stellt der leitfähige Einsatz 502 einen Metallring oder eine Metallplatte dar, die in dem die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitt 312 des Fokussierrings 302 eingebettet ist, obwohl der leitfähige Einsatz 502 eine beliebige geeignete Form haben kann. Ferner kann sich der leitfähige Einsatz 502 über die gestrichelte Linie 310 hinaus in den übrigen Fokussierring 302 erstrecken und kann in einem beliebigen Winkel relativ zu der unteren Fläche 306, einschließlich parallel, angeordnet sein. Falls erwünscht, kann der leitfähige Einsatz 502 aus im Wesentlichen leitfähigen Polysilizium oder irgendeiner Art eines geeigneten, im Wesentlichen leitfähigen Materials gebildet sein. Der leitfähige Einsatz 502 ist vorzugsweise durch eine RF-sperrende Kapazität (in 5 durch die Kapazität 504 dargestellt) geerdet.
  • Das Vorhandensein des leitfähigen Einsatzes 502 lässt die Äquipotentialfeldlinien von der Oberseite 304 des Fokussierrings 302 weg biegen, wodurch die Anzahl der über der Oberseite 304 vorhandenen Äquipotentialfeldlinien (und gleichzeitig der Stoß, mit welchem Ionen auf die Oberseite 304 und die untere Fläche 306 des Fokussierrings 302 treffen) reduziert wird. Man beachte, dass, da der leitfähige Einsatz im Wesentlichen in dem Fokussierring eingebettet sein kann, der Fokussierring selbst aus irgendeinem Material, einschließlich jenen, die hauptsächlich für die Kompatibilität mit der Prozessumgebung ausgewählt sind, gebildet sein kann. Dieser Aspekt ist besonders vorteilhaft, da er dem Systemkonstrukteur ein großes Maß an Flexibilität bei der Spezifizierung des Materials zur Verwendung in der Konstruktion des Fokussierrings erlaubt und immer noch eine Reduzierung der Erosion des Fokussierrings erlaubt. Ein leitfähiger Einsatz kann auch so ausgebildet sein, dass er eine Polymerabscheidung durch Erhöhen des Ionenauftreffens auf andere Bereiche des Fokussierrings reduziert.
  • 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem viele Schichten niedriger Dielektrizitätskonstante in wenigstens einem Teil des die Spannvorrichtung überlappenden Abschnitts 312 vorgesehen sind, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 des Fokussierrings 302 zu erhöhen. In dem Ausführungsbeispiel von 6 sind drei beispielhafte Einsätze niedriger Dielektrizitätskonstante 602, 604 und 606 gezeigt. In 6 sind viele Einsätze gezeigt, um zu veranschaulichen, dass viele horizontale, vertikale oder winklige Einsätze niedriger Dielektrizitätskonstante vorgesehen sein können, um die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung 116 und der Oberseite 304 zu erhöhen und eine Erosion des Fokussierrings zu reduzieren.
  • Falls erwünscht, kann irgendeiner der Einsätze 602, 604 und 606 weggelassen werden oder eine größere Anzahl von Einsätzen kann verwendet werden. Beispiels weise kann auf die vertikalen Einsätze 602 verzichtet werden, falls erwünscht, oder es kann auf die Einsätze 602 und 604 verzichtet werden, wodurch der Einsatz niedrigerer Dielektrizitätskonstante 606 vollständig in dem Fokussierringmaterial eingeschlossen ist. Bei einem solchen Einschluss ist das Material niedriger Dielektrizitätskonstante im Wesentlichen vor der Prozessumgebung geschützt, was den Bereich der für den Einsatz niedriger Dielektrizitätskonstante geeigneten Materialien wesentlich erhöht. Der Einschluss des Materials niedrigerer Dielektrizitätskonstante in dem Fokussierring erlaubt es dem Konstrukteur auch, wie oben erwähnt, das Fokussierringmaterial für Zwecke außer der Reduzierung der Erosion zu spezifizieren (d.h. der Konstrukteur kann spezifizieren, dass der übrige Fokussierring 302 aus dem herkömmlichen Aluminiumoxidmaterial aus Gründen der Prozesskompatibilität gebildet ist).
  • Wie aus der obigen Erläuterung offensichtlich, reduziert die Erfindung vorteilhafterweise eine Erosion des Fokussierrings, ohne Veränderungen der Kammerkonstruktion (wie beispielsweise Veränderungen der Form oder der relativen Position der Spannvorrichtung 116 des Substrats 114 und dergleichen) zu erfordern. Durch Biegen der Äquipotentialfeldlinien derart, dass die Ionen auf die Oberseite und die untere Fläche des Fokussierrings mit einer deutlich geringeren Stoßkraft treffen, wird eine Erosion des Fokussierrings deutlich reduziert, wodurch das Niveau der Teilchenverunreinigung in der Plasmabehandlungskammer gesenkt und die Lebensdauer des Fokussierrings erhöht werden.
  • Wie für den Fachmann selbstverständlich, erhöht das Absenken des Niveaus der Teilchenerzeugung vorteilhafterweise die mittlere Zeit zwischen Reinigungen (MTBC), was vorteilhafterweise die Unterhaltskosten für den Inhaber des Plasmabehandlungssystems senkt. Ferner wird die Erosionskontrolle erzielt, selbst wenn das Material niedrigerer Dielektrizitätskonstante oder der Bereich niedrigerer Dielektrizitätskonstante vollständig in einem Fokussierring eingeschlossen ist, dessen Material zu Zwecken außer der Fokussierring-Erosionskontrolle (z.B. hauptsächlich aus Gründen der Prozesskompatibilität) ausgewählt ist.
  • Während diese Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, gibt es Änderungen, Permutationen und Äquivalente, die in den beanspruchten Schutzumfang dieser Erfindung fallen. Beispielsweise kann ein vorgegebener Fokussierring mit einem Abschnitt niedriger Dielektrizitätskonstante (entweder einem Bereich niedriger Dielektrizitätskonstante wie beispielsweise ein Spalt oder ein Einsatz niedriger Dielektrizitätskonstante) verwendet werden, um den gewünschten Grad der Reduzierung der Erosion des Fokussierrings zu erzielen. Es ist auch zu beachten, dass es viele alternative Wege der Realisierung der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt. Die folgenden anhängenden Ansprüche sollen daher so interpretiert werden, dass sie alle solche Änderungen, Permutationen und Äquivalente, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, einschließen.

Claims (5)

  1. Fokussierring (302) zur Verwendung in einer Plasmabehandlungskammer, wobei der Fokussierring auch so ausgebildet ist, dass er wenigstens einen Abschnitt der das Substrat haltenden Spannvorrichtung (116) überlappt, welche während des Plasmabetriebs mit Radiofrequenz (RF) – Energie betrieben wird, um als eine Elektrode zu dienen, mit einem Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt (312) mit einer während des Plasmabetriebs einem Plasmabereich in der Plasmabehandlungskammer ausgesetzten Oberseite (304), wobei der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt den Abschnitt der das Substrat haltenden Spannvorrichtung (116) überlappt, und einer oder mehr Bereiche in dem Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt (312) aus einem Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als jener des Fokussierrings gebildet sind, wodurch die Impedanz zwischen der Spannvorrichtung (116) und der Oberseite (304) des Fokussierrings (302) erhöht wird.
  2. Fokussierring nach Anspruch 1, bei welchem der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt mehrere aus dem Material gebildete Einsätze (402, 404) aufweist.
  3. Fokussierring nach Anspruch 1, bei welchem der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt einen aus dem Material gebildeten Einsatz (402) aufweist, wobei der Einsatz parallel zu der Oberseite angeordnet ist.
  4. Fokussierring nach Anspruch 3, bei welchem der Einsatz (402) in dem Fokussierring (302) so eingeschlossen ist, dass der Einsatz nicht dem Plasma in der Plasmabehandlungskammer ausgesetzt ist.
  5. Fokussierring nach Anspruch 1, wobei das Material (402) das Kammervakuum darstellt und der Spannvorrichtungs-Überlappungsabschnitt (312) einen Vakuumspalt (402) aufweist, der über wenigstens einem Teil des Abschnitts der das Substrat haltenden Spannvorrichtung liegt, wobei der Vakuumspalt entsprechend einer Einstellung des Betriebsdrucks und der RF-Energie der Plasmabehandlungskammer während des Plasmabetriebs so dimensioniert ist, dass sich das Plasma während des Plasmabetriebs in dem Vakuumspalt nicht entzündet.
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