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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein plasmabeständiges Element und ferner eine
Plasmabehandlungsvorrichtung, die dieses benutzt.
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Beschreibung
des zugehörigen
Standes der Technik
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Bei
einer Ätzvorrichtung
des planparallelen Plattentyps zum Ätzen einer Siliciumdioxidschicht
(SiO2) oder eines Phosphorsilicatglases,
gebildet auf einem zu verarbeitenden Körper, wird ein Ätzgas oder
eine Fluorverbindung, wie etwa CF4, C2F6, CHF3 oder
dergleichen nach Anregung mit einem Plasma verwendet. Die Fluor
enthaltene aktive chemische Spezie, die aus diesen Gasen gebildet
wird, korrodiert in Verbindungen auf Si-Basis, wie etwa Silicatglas
und Siliciumcarbid. Um dies zu vermeiden, wurden anodisch oxidiertes
Aluminium oder Aluminiumoxidkeramiken verwendet, um für diesen
Zweck Teile der Ätzvorrichtung
zu Aluminiumoxidkeramiken, die eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit
gegen Fluorplasma aufweisen, das in einer solchen Ätzeinrichtung
wie oben erwähnt
verwendet wird, wurden in den japanischen Offenlegungsschriften
Hei 8-81258 und 8-231266 vorgeschlagen. Da man dabei ist, integrierte
Halbleiterschaltungen herunterzuskalieren, ist es notwendig, mehr
Mikroherstellung mit einer größeren Ausbeute
durchzuführen.
Um diese Notwendigkeit zu erfüllen,
wurde für
den Fall der Ätzvorrichtung
des planparallelen Plattentyps eine Anzahl von Plasmen mit niedrigen
Druck und hoher Dichte vorgeschlagen. Bei einer Vorrichtung, die
eine Mikrowelle als eine plasmaanregende Quelle verwendet, wird
gemäß den japanischen
Offenlegungsschriften Hei 5-217949 und 6-345527 Aluminiumoxid als
ein Mikrowellen übertragendes
Material vorgeschlagen. Bei diesen Vorschlägen, die sich auf aluminiumoxidkeramische
Teile für
halbleiterverarbeitende Vorrichtungen beziehen, werden die Reinheit
und die Korngröße von Aluminiumoxid
hauptsächlich
definiert, um eine Korrosionsbeständigkeit gegen das Fluorplasma
zu entwickeln.
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Im
Zuge der Herunterskalierung von Halbleitereinrichtungen in den letzten
Jahren ist jedoch häufig
ein anisotropes Ätzen
mit einem hohen Aspektverhältnis
bei einem Ätzverfahren
erforderlich. Um diese Anforderung zu erfüllen, wurde jetzt ein Verfahren
mit Bildung einer Seitenwandschutzschicht verwendet, um so den Hinterschnitt
auf ein Minimum zu reduzieren und um ein tiefes Loch mit einer kleinen Öffnung zu
verarbeiten.
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2 zeigt
diesen Zustand grundsätzlich
vergrößert. Um
eine Schutzschicht auf den Seitenwänden einer tiefen geätzten Nut,
wie in 2 gezeigt, zu bilden, wird eine Polymerschicht
auf der Seitenwand durch die Verwendung eines Chlor enthalten den
Gases, wie etwa CClF3 oder eines Gases auf
der Basis von Kohlenstoff-Fluor (C-F-Basis) wie etwa C3F8 oder C4F8 abgeschieden. Die hier verwendete Bezeichnung „Polymer" bedeutet ein Fluorkohlenstoffpolymer
oder ein Fluorkohlenstoffpolymer, das keine Aluminiumoxidpartikel und/oder
fluoriertes Aluminiumoxidprodukt enthält.
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Wenn
eine Ätzbehandlung
ausgeführt
wird unter Verwendung eines solchen oben erwähnten Gases, wird das Polymer
des Verfallsproduktes eines reaktiven Gases auf der Elektrodenoberfläche einer
Reaktionskammer abgeschieden, auf den Innenwänden der Reaktionskammer, einem
Klemmring, einem elektrodenisolierenden Element oder dergleichen,
wodurch eine Schicht darauf gebildet wird. Wenn diese Schicht allmählich dick
wird, fällt
sie ab und wird wieder auf der Oberfläche des Halbleiterwafers abgeschieden,
wodurch die Ausbeute verringert wird. Um dies zu vermeiden, muss
die Vorrichtung (Reaktionskammer) von Zeit zu Zeit während des Ätzvorgangs
geöffnet
werden und durch die Entfernung des Polymers daraus gereinigt werden.
Dieser Reinigungszyklus muss so kurz wie möglich sein, da dieser die Produktivität verschlechtert.
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Eine
Maßnahme
gegen die Bildung eines Polymers in der Reaktionskammer unter Verwendung
der Aluminiumoxidteile wurde in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Sho 61-289634 vorgeschlagen. Bei dieser Anmeldung wird es festgestellt,
dass es im Gegensatz zu anodisch oxidiertem Aluminium unwahrscheinlicher
ist, dass das Polymer auf einem Aluminiummaterial gebildet wird.
Es wird auch festgestellt, dass wenn das Material verwendet wird,
der Effekt der Unterdrückung
der Bildung des Polymers erhalten wird, obwohl abgesehen von C2F6 und CHF3 ein Mischgas, wie etwa C3F8 und CHF3, C2F6 und C2H4F2 oder
dergleichen als ein Ätzgas
verwendet wird.
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Als
wir jedoch ausführliche
Studien unter Verwendung der Ätzvorrichtung
des planparallelen Plattentyps durchführten, wurde bestätigt, dass
ein erheblicher Anteil des Polymers auf der Oberfläche eines
aluminiumoxidkeramischen Teils gebildet wurde. Aufgrund dessen wird
angenommen, dass die in der japanischen Offenlegungsschrift No.
Sho 61-289634 dargestellten Ergebnisse nur unter besonderen Bedingungen
erhalten wurden.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 10-32237 schlägt einen
Klemmring vor, der aus einem porösen
gesinterten Aluminiumoxidprodukt hergestellt ist und eine durchschnittliche
Korngröße von 20 μm oder darüber aufweist.
Dieser Klemmring hat einen größeren Effekt
bei der Vermeidung des Abfallens eines einmal abgeschiedenen Polymers
als bei einem herkömmlichen.
Jedoch ist dieser Ring porös,
was zu dem Problem führt,
dass Aluminiumoxidpartikel herabfallen können oder dass der Ring infolge
seiner nicht ausreichenden Festigkeit bricht, wenn er Ioneneinschlägen oder
anderen mechanischen Stößen während der Ätzbehandlung ausgesetzt
ist.
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Insbesondere
stellt die nicht ausreichende Festigkeit ein anderes Problem des
Rings dar, wenn dieser gegen eine untere Elektrode gedrückt wird,
um einen zu behandelnden Körper
damit zu befestigen, oder auf ein Elektroden isolierendes Element,
wenn eine Befestigung mit Schrauben erfolgt. Ferner wird das Polymer in
großen
Mengen auf einem Klemmring abgeschieden, auf einem Elektroden isolierenden
Element, einem Fokusring, einem Abdeckkörper oder dergleichen in enger
Nachbarschaft zu den Elektroden, und somit stellt das Herabfallen
oder Abbrechen des Polymers ein ernsteres Problem dar.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein plasmabeständiges Element anzugeben, das
zu keinem Ablösen
von Aluminiumoxidpartikeln führt
und das eine exzellente mechanische Festigkeit besitzt, und das
geeignet ist, das Ablösen
von einem einmal abgeschiedenen Polymer zu unterdrücken. Ferner
soll eine Plasmabehandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementes
angegeben werden.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein plasmabeständiges Element
anzugeben, das es ermöglicht,
einen Vorrichtungsreinigungszyklus zum Entfernen eines abgeschiedenen
Polymers zu verlängern.
Auch soll eine Plasmabehandlungsvorrichtung unter Verwendung des
Elementes angegeben werden.
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Das
plasmabeständige
Element gemäß der Erfindung
sollte vorzugsweise in einer Reaktionskammer einer Plasmabehandlungsvorrichtung
verwendet werden. Das plasmabeständige
Element besteht aus einem dichtgesinterten Aluminiumoxidprodukt,
das eine durchschnittliche Korngröße von 18 bis 45 μm, eine Oberflächenrauigkeit
Ra von 0,8–3,0 μm und eine
Gesamtdichte von 3,90 g/cm3 oder darüber aufweist.
Es ist bevorzugt, dass dieses dichtgesinterte Aluminiumoxidprodukt
eine Reinheit von nicht weniger als 99,8% aufweist, einen Si-Gehalt
von 200 ppm oder darunter, einen Alkalimetallgehalt von 100 ppm
oder darunter.
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Die
Plasmabehandlungsvorrichtung weist ein Elektroden isolierendes Element
zur elektrischen Isolation zwischen wenigstens einem von einer oberen
Elektrode und einer unteren Elektrode sowie einer Reaktionskammer
auf, einen Klemmring, der einen Umfangsbereich einer Behandlungsoberfläche eines
zu behandelnden Körpers
gegen die untere Elektrode drückt,
um die Oberfläche
dagegen zu halten, einen Fokusring, der in der Nachbarschaft der
oberen Elektrode oder der unteren Elektrode vorgesehen ist, um wirkungsvoll
reaktive Ionen auf die Behandlungsoberfläche des zu behandelnden Körpers zu
richten, und ein Abdeckelement, das vorgesehen ist, um die Innenwände der
Reaktionskammer damit abzudecken. Wenigstens eines von dem Elektroden
isolierenden Element, dem Klemmring, dem Fokusring und dem Abdeckelement
sollte als ein solches plasmabeständiges Element ausgebildet
sein.
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Die
Plasmabehandlungsvorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, ein
Elektroden isolierendes Element zur elektrischen Isolation zwischen
einer oberen Elektrode und einer Reaktionskammer aufzuweisen, ein elektrostatisches
Spannfutter zum elektrostatischen Anziehen und Halten eines zu behandelnden
Körpers durch
die Anwendung einer hohen Spannung auf ein elektrisch leitendes
Element davon, einen Fokusring, der in der Nachbarschaft der oberen
Elektrode oder der unteren Elektrode vorgesehen ist, um reaktive
Ionen zu der Behandlungsoberfläche
eines zu behandelnden Körpers
wirksam zu übertragen,
und ein Abdeckelement, um die Innenwände der Reaktionskammer abzudecken.
Bei dieser Anordnung sollte wenigstens eines von dem Elektroden
isolierenden Element, dem elektrostatischen Spannfutter, dem Fokusring
und dem Abdeckelement aus dem plasmabeständigen Element bestehen.
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Ferner
kann die Plasmabehandlungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, ein
Elektroden isolierendes Element zur elektrischen Isolation zwischen
wenigstens einem von einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode
und einer Reaktionskammer aufzuweisen, ein elektrostatisches Spannfutter
zum elektrostatischen Anziehen und Halten eines zu behandelnden
Körpers
durch die Anwendung einer hohen Spannung auf ein elektrisch leitendes
Element davon, einen Fokusring, der in der Nachbarschaft der oberen
Elektrode oder der unteren Elektrode vorgesehen ist, um reaktive
Ionen wirkungsvoll zu der Behandlungsfläche eines zu behandelnden Körpers zu übertragen,
ein Abdeckelement zum Abdecken der Innenwände der Reaktionskammer und
ein Abdeckelement zum Abdecken eines Umfangsbereiches der Behandlungsoberfläche des
zu behandelnden Körpers
in einer nicht berührenden
Weise. Bei dieser Anordnung sollte wenigstens eines von dem Elektroden
isolierenden Element, dem elektrostatischen Spannfutter, dem Fokusring,
dem Abdeckelement und dem Abdeckkörper aus dem plasmabeständigen Element
bestehen.
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Die
gegenwärtige
Erfindung betrifft eine Verbesserung bei dem plasmabeständigen Element.
Beispiele eines solchen Elementes schließen ein Elektronen isolierendes
Element, einen Fokusring, einen Klemmring, ein elektrostatisches
Spannfutter, ein Abdeckelement, das die Innenwände einer Reaktionskammer abdeckt, und
einen Abdeckkörper
der Plasmabehandlungsvorrichtung ein. Diese sind plasmabeständige Elemente,
die aus einem dichtgesinterten Aluminiumoxidprodukt bestehen und
die in der Reaktionskammer verwendet werden. Die durchschnittliche
Korngröße und die
Oberflächenrauigkeit
sind jeweils in der folgenden Weise definiert.
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Zunächst wird
das Messverfahren für
die durchschnittliche Korngröße beschrieben.
Die Messung wurde gemäß dem Verfahren
durchgeführt,
das auf Seite 7 von „Characterization
Techniques of Ceramics" veröffentlicht
von The Corporation of the Society of Ceramics, 25. Juli 1987, angegeben
ist. Das verwendete Verfahren ist ein sogenanntes planimetrisches
Verfahren, das von Z. Jeffries in „Chem. Met. Engrs., 16, 503–504 (1917);
ibid., 18, 195 (1918)" beschrieben
ist. Auf dieses Verfahren wird Bezug genommen und dieses wird beschrieben
als das Messverfahren. Das Messverfahren ist unten beschrieben.
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Ein
Kreis, dessen Fläche
(A) bekannt ist, wird auf ein texturiertes Foto gezeichnet, und
die Anzahl von Körnern
pro Flächeneinheit
wird aus der Anzahl von Körnern
nc in den Kreis und der Anzahl von Körnern ni auf den Umfang des Kreises gemäß der folgenden
Gleichung bestimmt: NG =
{nc + (1/2)ni}/(A/m2),wobei m eine Vergrößerung ist.
Da 1/NG eine Fläche ist, die von einem Korn
eingenommen wird, wird der dem Kreis entsprechende Durchmesser erhalten
als 2/(πNG)1/2.
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Als
nächstes
wird das Messverfahren für
die Oberflächenrauigkeit
beschrieben. Die Rauigkeit wurde gemäß dem in JIS B 0601 beschriebenen
Verfahren gemessen.
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Ra
bedeutet einen Wert, ausgedrückt
in Mikrometern (μm),
der gemäß der folgenden
Gleichung erhalten wird, wenn nur eine Referenzlänge aus einer Rauigkeitskurve
entlang der Richtung einer Mittellinie gezogen wird, bei der eine
Achse von x entlang der Richtung einer Parallellinie des zurückgezogenen
Teils und eine Achse von y entlang der Richtung einer Längsvergrößerung genommen
wird, wonach eine Rauigkeitskurve ausgedrückt ist als y = f(x):
wobei λ eine Referenzlänge ist.
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Das
plasmabeständige
Element (gesintertes Aluminiumoxidprodukt) gemäß dieser Erfindung sollte vorzugsweise
eine durchschnittliche Korngröße von 18–45 μm haben.
Wenn die durchschnittliche Korngröße des gesinterten Aluminiumoxidproduktes
kleiner als 18 μm
ist, besteht die Gefahr, dass die auf einem Element abgeschiedene
Polymerschicht abfällt.
Wenn andererseits die Größe 18 μm oder darüber ist,
ist es schwierig, dass die abgeschiedene Schicht abfällt.
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Wenn
ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt geschliffen wird, erfahren
die Aluminiumoxidpartikel Korngrenzenbrüche und kornübergreifende
Brüche.
Zum Zeitpunkt der Abschaltung des Polymers auf dem Bereich ist es
sehr wahrscheinlich, dass mit der Abschaltung entlang der Orte sowohl
Korngrenzenbrüche
als korngrenzenüberschreitende
Brüche
auf der Oberfläche
des gesinterten Aluminiumoxidproduktes erscheinen. Die Korngrenzenbruchfläche ist
so glatt, dass die Adhäsion
der Schicht daran klein ist. Die korngrenzenüberschreitende Bruchoberfläche ist
so fein gestaltet, dass die Adhäsion
der Schicht daran groß ist.
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Falls
die durchschnittliche Korngröße des gesinterten
Aluminiumoxidproduktes kleiner als 18 μm ist, wird das Verhältnis der
Korngrenzenbruchfläche
zu einer geschliffenen Oberfläche
groß.
Demnach wird die Adhäsion
zwischen der Bruchoberfläche
der Partikel und dem Polymer schlecht, was ein leichtes Abbrechen erlaubt.
Andererseits, wenn die durchschnittliche Korngröße des gesinterten Aluminiumoxidproduktes
18 μm oder
darüber
ist, ist das Verhältnis
der korngrenzenüberschreitenden
Bruchoberfläche
groß,
mit dem Ergebnis, dass das Polymer in einer starken Adhäsion zu
dem Bruchoberflächenbereich
der Partikel ist, wodurch ein Ablösen schwierig ist.
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Die
oben erwähnte
Adhäsion
ist eine Kraft, die erforderlich ist, um die Schicht durch vertikales
Ziehen zu trennen. Die thermische Spannung, die durch Thermoschock
oder dergleichen verursacht wird, wird am höchsten an der Grenzfläche zwischen
der Schicht und dem gesinterten Aluminiumoxidprodukt und tritt in
einer zu der Grenzfläche
parallelen Richtung auf. Wenn die durchschnittliche Korngröße größer als
18 μm oder
darüber
ist, wird die durch den Korngrenzenbruch gebildete Vertiefung groß und die
Polymerschicht, die in eine solche große Vertiefung gefüllt ist,
dient als „Anker", wodurch sich eine
große
Beständigkeit
gegen die thermische Spannung ergibt. Dies wird als einer der Faktoren
angesehen, warum sich die Polymerschicht kaum ablöst.
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In
dem Fall, in dem die durchschnittliche Korngröße in einem Element so groß ist, dass
sie 45 μm überschreitet,
fällt die
Festigkeit des Elementes ab. Wenn die Korngröße 45 μm überschreitet, ist es ferner
schwierig, ein dichtgesintertes Aluminiumoxidprodukt verlässlich zu
produzieren. Aus diesen Gründen ist
die durchschnittliche Korngröße des gesinterten
Aluminiumoxidproduktes gemäß der Erfindung
im Bereich von 18 bis 45 μm
definiert.
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Die
Oberflächenrauigkeit
in der Art des gesinterten Aluminiumoxidproduktes sollte 0,8–3,0 μm sein. Wenn
die Oberflächenrauigkeit
Ra kleiner als 0,8 μm
ist, kann die thermische Spannung, die bei einem Heizzyklus auftritt,
nicht abgeschwächt
werden, was zum leichten Ablösen
der abgeschiedenen Schicht führt.
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Die
Plasmaätzvorrichtung
wird betrieben, während
das Entladen und Auswechseln eines Halbleiterwafers als der zu behandelnde
Körper
gegen einen frischen erfolgt. Um die Widerstandsschicht des Wafers und
eine Schutzschicht an den Seitenwänden zu schützen, wird der Halbleiterwafer
ständig
gekühlt.
Demnach erfahren die Elemente um den Halbleiterwafer innerhalb der
Vorrichtung einen wiederholten Heizzyklus, wozu ein Heizen durch
das Entladen und den Ioneneinschlag gehört, der dabei auftritt, und
einen Temperaturabfall, der von dem Anhalten der Entladung und der
Bewegung und der Masse eines Wafers bewirkt wird. Um die Spannung,
die von dem Heizzyklus verursacht ist, zu reduzieren, und um das
Ablösen
einer abgeschiedenen Polymerschicht zu verhindern, sollte die untere
Grenze der Oberflächenrauigkeit
des gesinterten Aluminiumoxidproduktes vorzugsweise 0,8 μm sein, ausgedrückt durch
Ra.
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Die
Adhäsion
des auf einem Element wie etwa einem Klemmring während der Ätzung abgeschiedenen Polymers
wird durch eine Dispersionskraft verursacht, die hauptsächlich als
die Van-der-Waals-Kraft
beschrieben wird, und es gibt keine chemische Bin dung zwischen der
abgeschiedenen Schicht und dem Element. Demnach geht man davon aus,
dass die Abscheidung des Polymers in starkem Maße von der Sauberkeit der Oberfläche und
von ihren physikalischen Eigenschaften abhängt.
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Wir
haben extensive Studien durchgeführt
und als ein Ergebnis den Zusammenhang zwischen der Glattheit eines
Elementes und dem Abbrechen einer abgeschiedenen Polymerschicht
gefunden. Genauer gesagt wurde festgestellt, dass die abgeschiedene
Polymerschicht am schwierigsten abfiel, wenn das Element behandelt
wurde, um eine Oberflächenrauigkeit
Ra von 0,8–3 μm zu haben,
und wenn die durchschnittliche Korngröße eines gesinterten Aluminiumoxidproduktes
18 μm oder
darüber
war.
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Die
obere Grenze der Oberflächenrauigkeit
des gesinterten Aluminiumoxidproduktes ist vorzugsweise 3,0 μm, ausgedrückt durch
Ra. Wenn Ra 3,0 μm überschreitet,
dann besteht die Befürchtung,
dass sich Aluminiumoxidpartikel von der Irregularität auf der
Oberfläche
ablösen,
wenn das Element einem mechanischen Stoß ausgesetzt ist, zusammen
damit, dass das gesinterte Aluminiumoxidprodukt eine geringere mechanische Festigkeit
aufweist. Um sicherzustellen, dass die Oberflächenrauigkeit des gesinterten
Aluminiumoxidproduktes innerhalb des oben definierten Bereiches
liegt, kann die Endbearbeitung durch gewöhnliches Diamantschleifen erfolgen.
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Falls
das gesinterte Aluminiumoxidprodukt nicht dicht ist, erniedrigt
sich die Festigkeit, so dass infolge des Ioneneinschlages während des Ätzens bei
dem Aluminiumoxid Partikel abfallen können. Demnach sollte die Gesamtdichte
des gesinter ten Aluminiumoxidproduktes vorzugsweise auf einem Wert
von 3,90 g/cm3 oder darüber liegen.
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Das
gesinterte Aluminiumoxidprodukt sollte eines sein, das eine Reinheit
von 99,8% oder darüber
aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Si bei 200 ppm oder
darunter liegt, die Menge an Alkalimetall bei 100 ppm oder darunter
liegt. Falls das Si einen Betrag von 200 ppm überschreitet und das Alkalimetall
100 ppm überschreitet,
verschlechtert sich die Korrosionsbeständigkeit gegenüber den
Fluor-Spezies.
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Dies
trifft zu auf die Elemente (d.h. Elemente, auf denen das Polymer
möglicherweise
abgeschieden wird), wozu der Klemmring 1, der Fokusring 17,
das Elektronen isolierende Element 10b zum Isolieren zwischen
der Elektrode und der Reaktionskammer gehören, sowie ein Abdeckelement 6,
um die Innenwände
der Reaktionskammer abzudecken, die in der Reaktionskammer der Plasmabehandlungsvorrichtung
verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Schnittdarstellung, die eine Plasmabehandlungsvorrichtung
gemäß einer Ausführung der
Erfindung zeigt.
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2 ist
eine beispielhafte Darstellung, die ein Ätzverfahren einer integrierten
Halbleiterschaltung zeigt.
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3 ist
eine Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Entladungszeit
und der Veränderung der
Anzahl von auf einem Wafer abgeschiedenen Partikeln zeigt.
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4 ist
eine Schnittdarstellung, die eine Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß einer
anderen Ausführung
der Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Schnittdarstellung, die eine Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Mehrere
Beispiele der Erfindung sind nachfolgend beschrieben.
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Beispiel 1
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Ein
gesintertes Aluminiumoxidprodukt wurde auf die folgende Weise hergestellt.
MgO, SiO2 und Na2O wurden
als Sinterhilfe zu einem Aluminiumoxid-Ausgangspulver hinzugeführt, das
eine Reinheit von 99,9% aufwies, gefolgt von der Zugabe eines organischen
Binders und von deionisiertem Wasser und Mischen, um eine Aufschlemmung
zu erhalten. Diese Aufschlemmung wurde mit Hilfe eines Sprühtrockners
getrocknet und granuliert, gefolgt von einem Pressen in eine gewünschte Form
in einer Pressform. Danach wurde der erhaltene Körper weiter mit Hilfe einer
kaltisostatischen Presse (CIP) bei einem Pressdruck von 1,0 t/cm2 gepresst. Der erhaltene Körper wurde
bei 1000°C
kalziniert und gesintert, wobei er in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1800°C über eine
Dauer von 3–6
Stunden gehalten wurde.
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Das
so erhaltene Aluminiumoxidprodukt hatte einen Si-Gehalt von 22 ppm, einen Na-Gehalt von
4 ppm und einen Mg- Gehalt
von 500 ppm. Die Gesamtdichte betrug 3,99 g/cm3.
Das Teststück
wurde von dem Produkt abgeschliffen, spiegelpoliert, gefolgt von
einem thermischen Ätzen,
einer Beobachtung der Oberfläche durch
ein optisches Mikroskop und einer Bestimmung der durchschnittlichen
Korngröße durch
ein planimetrisches Verfahren, die mit 24 μm gefunden wurde.
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Danach
wurde das Produkt zu einem Ring geschliffen, der einen Durchmesser
von 250 mm und eine Dicke von 12 mm hatte, und der ein nadelförmiges Loch
hatte, um einen Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm in
der Mitte desselben zu halten, wodurch ein Klemmring als ein plasmabeständiges Element
für eine
Halbleiterätzvorrichtung
erhalten wurde. Das Schleifen in einen Endbearbeitungszustand wurde
unter Verwendung von Diamantschleifkörpern mit einem Durchmesser
von 200 durchgeführt,
um die Oberflächenrauigkeit
auf Ra = 1,3 μm
einzustellen. Die Drei-Punkt-Biegefestigkeit betrug 300 MPa, somit
war die Festigkeit zufriedenstellend.
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Die
Anordnung der Halbleiter-Ätzvorrichtung,
die verwendet wurde, um die Auswirkung des Klemmrings zu prüfen, ist
in 1 gezeigt.
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Die
in 1 gezeigte Ätzvorrichtung
weist einen Reaktionsofen 10 zum Ausführen einer Ätzbehandlung eines Halbleiterwafers 2 auf.
Innerhalb der Reaktionskammer 10 sind eine untere Elektrode 5,
die auch als eine Befestigung für
den Halbleiterwafer 2 dient, und eine obere Elektrode 4 vorgesehen.
Die Bezugsziffer 6 zeigt ein Abdeckelement zum Abdecken
der Innenwände
der Reaktionskammer 10. Die untere Elektrode 5 und
die Bodenoberfläche
der Reaktionskammer 10 sind gegeneinander mit Hilfe eines
Isolierelementes 10a isoliert, und die obere Elektrode 4 und
die obere Wand der Reaktionskammer 10 sind mittels eines
Isolierelementes 10b gegeneinander isoliert.
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Um
die untere Elektrode 5 herum sind ein kreisförmiger Fokusring 17 und
ein Klemmring 1, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist,
angeordnet. Der Fokusring 17 besteht aus einem isolierenden
Material, das keine reaktiven Ionen anzieht, und dient dazu, wirkungsvoll
reaktive Ionen auf den Halbleiterwafer 2 zu richten, der ein
an der inneren Umfangsseite zu behandelnder Körper ist. Der Klemmring 1 drückt den
Halbleiterwafer 2 an seinem Umfangsbereich, um den Wafer 2 gegen
die untere Elektrode 5 zu halten, und ist durch einen Stab 12a mit
einem Paar von Zylindermechanismen 12b verbunden, die oberhalb
der Reaktionskammer 10 vorgesehen sind. Der Klemmring 1 wird
durch den Stab 12a mit Hilfe der Zylindermechanismen 12b derart
gedrückt,
dass der Halbleiterwafer 2 gegen die untere Elektrode 5 geklemmt
wird.
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Die
obere Elektrode 4 ist über
der unteren Elektrode 5 angeordnet, so dass sie der unteren
Elektrode 5 zugewandt ist, und sie besitzt einen hohlen
Bereich 11 darin und hat die Form einer Scheibe. Die obere
Elektrode 4 ist an der oberen Oberfläche derselben mit einem Gaszuführrohr 13 verbunden,
um ein Ätzgas
zuzuführen,
und hat eine Mehrzahl von feinen Löchern 9 an der unteren
Oberfläche.
Das innerhalb der oberen Elektrode 4 von einer Ätzgasquelle 14 durch
das Gaszuführrohr 13 zugeführte Ätzgas wird
durch die feinen Löcher 9 in
die Reaktionskammer 10 zugeführt.
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Die
obere Elektrode 4 und die untere Elektrode 5 sind
jeweils mit Hochfrequenz-Stromversorgungsanschlüssen 3A und 3B verbunden.
Den betreffenden Elektroden werden von diesen Hochfrequenzanschlüssen Hochfrequenzspannungen
zugeführt.
In der Nachbarschaft eines unteren Endes des Seitenbereiches der
Reaktionskammer ist ein Vakuumabgasrohr 15 angeschlossen.
Die Reaktionskammer 10 wird mit Hilfe einer Absaugungseinrichtung 16 über das
Vakuumabgasrohr 15 auf ein bestimmtes Vakuum evakuiert.
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Bei
einer solchen Ätzvorrichtung,
wie oben beschrieben, ist der Halbleiterwafer 2 an der
unteren Elektrode mit dem Klemmring 1 befestigt, der aus
dem plasmabeständigen
Element gemäß der Erfindung
besteht, und eine Entladung erfolgt zwischen der oberen Elektrode 4 und
der unteren Elektrode 5 mit Hilfe von Hochfrequenzenergie,
die von den Hochfrequenzleistungsanschlüssen 3A, 3B bereitgestellt
wird, wodurch das Plasma eines Reaktionsgases erzeugt wird. Nach
Beendigung eines Reaktionsprozesses wird der Wafer 2 zu einer
gegebenen Zeit aus der Reaktionskammer 10 über einen
Waferzugang 7 entfernt, und ein frischer Wafer wird zugeführt und
in Position befestigt. Solche Vorgänge, wie oben beschrieben,
werden wiederholt, wobei sich eine abgeschiedene Polymerschicht
auf dem Klemmring 1 bildet. In 1 ist dies
mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet.
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Die
oben beschriebenen Schritte wurden unter den folgenden Bedingungen
wiederholt, um die Anzahl von Partikeln zu prüfen, die eine Größe von 0,2 μm oder darüber hatten
und auf dem Halbleiterwafer mit einem Durchmesser von 200 mm (8
Inch) anhafteten.
Reaktionsgaszusammensetzung: CHF3:CF4:Ar = 30:30:600 (cm3)
Gasdruck:
300 mTorr
Elektrische Hochfrequenzleistung: 1300 W (13,56 MHz).
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Die
in 3 gezeigten Ergebnisse zeigen den Zusammenhang
zwischen der Entladungszeit und der Anzahl von Partikeln, die auf
dem Wafer anhafteten. Die Entladungszeit ist eine integrierte Zeit
der Hochfrequenzleistungszufuhr. Der Kontrollwert der Partikel wurde
auf 30 festgelegt. Beim Betrieb der Ätzvorrichtung in der aktuellen
Produktion wird die Reaktionskammer geöffnet, bevor die Anzahl von
Partikeln 30 überschreitet,
und muss gereinigt werden. Die Ergebnisse sind gleichfalls als Beispiel
1 in Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
in 3 zu sehen, waren ungefähr 80 Stunden erforderlich,
bevor die Anzahl von Partikeln den Kontrollwert überschritt, wenn der Klemmring 1 verwendet
wurde, der aus dem plasmabeständigen
Element gemäß der Erfindung
bestand. Somit war es gemäß der Erfindung
unwahrscheinlich, dass sich die abgeschiedene Polymerschicht ablöste, was
die Reinigungsfrequenz der Ätzvorrichtung
reduziert, wodurch die Produktivität erheblich verbessert wurde.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
kalzinierte Produkt, das auf die gleiche Weise wie bei Beispiel
1 erhalten wurde, wurde von einer von Beispiel 1 abweichenden Weise
gesintert, d.h. in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1700°C mit einer Haltezeit von 1,5
Stunden, wodurch ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt mit einer
durchschnittlichen Korngröße von 13 μm erhalten
wurde. Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde unter Verwendung
des Produktes ein Klemmring mit derselben Größe erhalten. Unter Verwendung
des Rings wurde die Entladungszeit, bevor die Anzahl von Partikeln
einen Kontrollwert von 30 überschritt,
bestimmt. Die Ergebnisse betreffend die Zeit, eine Reinheit von
Aluminiumoxid, einen Mg-Gehalt,
einen Si-Gehalt, einen Na-Gehalt, eine Oberflächenrauigkeit, eine Gesamtdichte
und die Biegefestigkeit sind als Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle
1 aufgeführt.
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Das
Vergleichsbeispiel 1 erfüllt
solche Anforderungen wie bezüglich
des Si-Gehaltes, Na-Gehaltes, der Oberflächenrauigkeit, der Gesamtdichte
und dergleichen, jedoch ist die durchschnittliche Korngröße von Aluminiumoxid
so gering, dass die abgeschiedene Polymerschicht innerhalb einer
kurzen Entladungszeit abfällt,
mit dem Ergebnis, dass die Partikel auftreten.
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Beispiel 2
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Beim
Beispiel 2 wurde ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt hergestellt,
das eine durchschnittliche Korngröße hatte, die größer als
beim Beispiel 1 war. Genauer gesagt wurden die gleichen Ausgangsmaterialien
wie bei Beispiel 1 verwendet. Beim Beispiel 2 wurde die Menge der
Sinterhilfen so gesteuert, dass die Menge von MgO um 20% reduziert
wurde und die Mengen von SiO2 und Na2O wurden jeweils im Vergleich zum Beispiel
1 verdoppelt. Das Sintern wurde in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1800°C bei einer
Haltezeit von 6–20
Stunden ausgeführt,
wodurch ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 40 μm erhalten
wurde. Unter Verwendung dieses so erhaltenen gesinterten Aluminiumoxidkörpers wurde
auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 ein Klemmring erhalten.
Unter Verwendung des Rings wurde die Entladungszeit vor dem Überschreiten
des Kontrollwertes von 30 Partikeln auf die gleiche Weise wie bei Beispiel
1 bestimmt. Die Ergebnisse bezüglich
der Zeit, einer Aluminiumoxidreinheit, einem Mg-Gehalt, einem Si-Gehalt, einem Na-Gehalt,
einer Oberflächenrauigkeit
einer Gesamtdichte und der Biegefestigkeit sind als Beispiel 2 in
Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
aus Tabelle 1 zu ersehen ist, ist unter Verwendung des Rings von
Beispiel 2 gemäß der Erfindung die
Entladungszeit vor dem Auftreten der Partikel immerhin 70 Stunden,
und es ist sehr unwahrscheinlich, dass die abgeschiedene Polymerschicht
sich ablöst,
und so wird die Reinigungsfrequenz der Ätzvorrichtung verringert, wodurch
die Produktivität
verbessert wird.
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Vergleichsbeispiel 2
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Die
Unreinheit des Aluminiumoxids, der Si-Gehalt, Na-Gehalt, die Oberflächenrauigkeit, die Gesamtdichte
und die durchschnittliche Korngröße von kommerziell
erhältlichem
Aluminiumoxidkeramikmaterial sind in Tabelle 1 gezeigt. Die durchschnittliche
Korngröße wurde
durch Beobachten einer lichtoptischen Mikroskopaufnahme von seiner
Textur bestimmt, mit dem Ergebnis, dass sie so gering war wie 12 μm. Unter
Verwendung des Materials wurde ein Klemmring auf die gleiche Weise
wie bei Beispiel 1 erhalten. Ferner wurde die Entladungszeit vor
dem Überschreiten
des Kontrollwertes von 30 durch die Anzahl der Partikel bestimmt,
indem der Ring in derselben Weise wie bei Beispiel 1 verwendet wurde.
Die Ergebnisse sind als Vergleichsbeispiel 2 in Tabelle 1 gezeigt.
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Abschreck-Thermoschock-Test
(Beispiele 3–6,
Vergleichsbeispiele 3, 4)
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Es
wurden Teststücke
mit einer Dimension von 10 × 10 × 1 (mm),
die aus gesinterten Aluminiumoxidprodukten hergestellt waren, bereitgestellt,
bei denen eine Oberflächenrauigkeit
und eine durchschnittliche Korngröße jeweils verändert waren.
Sämtliche
dieser Teststücke
hatten eine Gesamtdichte von 3,92–3,99 g/cm3,
eine Aluminiumoxidreinheit von 99,9%, einen Mg-Gehalt von 350–520 ppm, einen Si-Gehalt von
22–32 ppm
und einen Na-Gehalt von 4–58
ppm.
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Diese
Teststücke
wurden jeweils auf dem Klemmring der Ätzvorrichtung gemäß Beispiel
1 mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebandes befestigt, gefolgt
von der Reaktion unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel
1 über
eine Zeit von 15 Stunden, wodurch eine Polymerschicht abgeschieden
wurde.
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Als
nächstes
wurden diese Textstücke
jeweils auf eine Heizplatte gesetzt und auf 100°C vorgeheizt, gefolgt von einem
sofortigen Eintauchen in ein Trockeneis-Metanol-Kühlmedium
(–72°C), um einen
Thermoschock auszuüben.
Der Grad des Ablösens
der Polymerschicht wurde durch ein Stereomikroskop beobachtet. Danach
wurde jedes Teststück
auf 100°C
durch eine Heizplatte aufgeheizt und in flüssigen Stickstoff (–197°C) getaucht,
um einen Thermoschock auszuüben,
was von einer Beobachtung des Grades des Ablösens der polymeren Schicht
durch ein Stereomikroskop gefolgt war. Die Ergebnisse sind in Tabelle
2 gezeigt.
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Wie
in Tabelle 2 zu sehen ist, waren sowohl die durchschnittliche Korngröße als auch
die Oberflächenrauigkeit
innerhalb der von der Erfindung definierten Bereiche, die thermische
Spannung wurde abgeschwächt,
wenn Thermoschocks hinzugefügt
wurden, so dass kein Ablösen
der polymeren Schicht stattfand. Jedoch wurde festgestellt, dass
dann wenn die Oberflächenrauigkeit
Ra geringer als 0,8 μm
war, unabhängig davon,
ob die durchschnittliche Korngröße 18 μm oder darüber war,
die thermische Spannung nicht ausgehalten wurde, wodurch die Schicht
leicht abgebrochen wurde.
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In
dem Beispiel von 1 ist ein Fall gezeigt, bei
dem der Klemmring 1 aus einem plasmabeständigen Element
gemäß der Erfindung
gebildet war. Die Erfindung ist auf jegliche Teile (oder Elemente)
anwendbar, die aus einem keramischen Material bestehen können, das
in einer Reaktionsgasatmosphäre
(in der Reaktionskammer) verwendet wird. Zum Beispiel können das
Abdeckelement 6 für
die Innenwände
der Reaktionskammer, die Elektroden isolierenden Elemente 10a oder 10b und
der Fokusring 17 jeweils aus dem plasmabeständigen Element
gemäß der Erfindung
gebildet sein. Bei dieser Anordnung kann das Ablösen des Polymers wirksamer
verhindert werden, was es erlaubt, den Reinigungszyklus zu verlängern.
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Beispiel gemäß 4
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4 zeigt
ein anderes Beispiel der Erfindung. Das Beispiel gemäß 4 unterscheidet
sich von dem Beispiel gemäß 1 in
den folgenden Punkten. Die gleichen oder ähnliche Teile wie beim Beispiel
gemäß 1 sind
durch dieselben oder gleiche Bezugsziffern bezeichnet und nicht
im Detail beschrieben.
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Das
Beispiel gemäß 4 hat
eine derartige Anordnung, das ein elektrostatisches Spannfutter 18 an Stelle
des Klemmrings 1 verwendet. Das elektrostatische Spannfutter 18,
das als eine Spanneinheit zum Halten des Halbleiterwafers 2 an
der mittleren und oberen Oberfläche
der unteren Elektrode 5 verwendet wird, ist so ausgebildet,
dass es im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Halbleiterwafer
hat. Dieses elektrostatische Spannfutter 18 ist so angeordnet,
dass eine leitfähige
Schicht 19, wie etwa eine Kupferfolie oder dergleichen,
zwischen den Elementen des gesinterten Aluminiumoxidproduktes gemäß der Erfindung
in einem isolierten Zustand angeordnet ist. Eine Gleichspannung
wird auf die leitfähige
Schicht 19 über
einen Versorgungsspannungsanschluss 20 angelegt. Auf diese
Weise wird der Halbleiterwafer 2 angezogen und auf der oberen
Oberfläche
des elektrostatischen Spannfutters 18 durch die Wirkung
der Coulomb-Kraft gehalten.
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Das
Beispiel gemäß 4 ist
nicht nur auf die Anwendung des elektrostatischen Spannfutters 18 beschränkt. Zum
Beispiel kann wenigstens eines von dem Abdeckelement 6 für die Innenwände der
Reaktionskammer, der Elektroden isolierenden Elemente 10a oder 10b und
dem Fokusring 17 aus dem plasmabeständigen Element gemäß der Erfindung
hergestellt sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich
das auf den Bestandteilen innerhalb der Reaktionskammer abgeschiedene
Polymer ablöst.
Es sei darauf hingewiesen, dass obwohl in den Beispielen gemäß der 1 und 4 eine
solche Anordnung gezeigt ist, dass eine Hochfrequenzspannung auf
die obere Elektrode 4 bzw. die untere Elektrode 5 angelegt
wird, die Hochfrequenzspannung entweder auf die obere Elektrode 4 oder
die untere Elektrode 5 angelegt werden kann.
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Beispiel gemäß 5
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5 zeigt
ein weiteres Beispiel der Erfindung. Dieses unterscheidet sich von
dem in 4 gezeigten dadurch, dass ein Abdeckkörper 30 zum
Abdecken des Umfangsbereiches des Halbleiterwafers in einer nicht berührenden
Weise zu der Anordnung gemäß 4 hinzugefügt ist.
Dieser Abdeckkörper 30 ist
mit dem Zylindermechanismus 12b, der oberhalb des Reaktionsofens 10 angeordnet
ist, über
eine Mehrzahl von Stäben 12a in
einer in 1 gezeigten Weise verbunden.
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Bei
der Plasmabehandlungsvorrichtung der Art, die mit dem Abdeckkörper versehen
ist, um den Umfangsbereich der Behandlungsfläche eines zu behandelnden Körpers (des
Halbleiterwafers 2) in nicht berührender Weise abzudecken, kann
die Behandlung mit einem Plasma an dem Umfangsbereich der Behandlungsfläche des
zu behandelnden Körpers
mit Hilfe des Abdeckkörpers
unterdrückt
werden. Dies führt
zu der Unterdrückung
bezüglich
der Menge der auf dem Umfangsbereich des zu behandelnden Körpers abzuscheidenden Partikel.
Ferner kann verhindert werden, dass sich während der Ätzbehandlung das Reaktionsprodukt
zwischen dem Umfangsbereich des Halbleiterwafers und dem Abdeckkörper abscheidet.
Ferner wird auch verhindert, dass das Reaktionsprodukt, das auf
dem Abdeckkörper
abgeschieden wird, auf den Halbweiterwafer durch Vibrationen übertropft,
wenn der Halbleiterwafer in Kontakt mit dem Abdeckkörper ist.
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Weiteres Beispiel
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Obwohl
die Plasmabehandlungsvorrichtung bei den vorhergehenden Beispielen
auf eine Plasmaätzvorrichtung
angewendet wird, ist die Erfindung nicht nur auf die Verwendung
einer solchen Vorrichtung beschränkt,
sondern kann auch auf eine andere Art von Vorrichtung zur Erzeugung
eines Reaktionsproduktes, z.B. auf eine CVD-Apparatur, angewendet
werden.
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Wie
sich aus dem Vorhergehenden ergibt, wird gemäß der Erfindung ein plasmabeständiges Element angegeben,
das sicherstellt, dass sich keine Aluminiumoxidpartikel ablösen, und
das bezüglich
seiner mechanischen Festigkeit hervorragend ist, und das sicherstellt,
dass die Ablösung
einer abgeschiedenen polymeren Schicht schwierig ist, mit dem Ergebnis,
dass der Reinigungszyklus der Vorrichtung verlängert wird, wie auch bei zahlreichen
Arten von Plasmabehandlungsvorrichtungen.
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