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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung
von Halbleiter-Wafern, und insbesondere auf Ätzkammern für Plasma hoher Dichte, welche
Auskleidungsmaterialien aufweisen, die eine Teilchen- und metallische
Kontaminierung während
des Behandelns aufweisen und auf zugehörige Auskleidungsstrukturen
der Kammer.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Weil
integrierte Schaltungseinrichtungen fortfahren, in beidem, ihrer
physikalischen Größe und ihren
Betriebsspannungen, zu schrumpfen, werden ihre zugehörigen Produktionsausbeuten
empfindlicher gegenüber
einer Kontaminierung durch Teilchen und metallische Verunreinigung.
Dementsprechend erfordert das Herstellen von integrierten Schalteinrichtungen,
welche kleinere physikalische Größen aufweisen,
dass das Niveau der partikulären
und metallischen Verunreinigung geringer ist, als früher als annehmbar
betrachtet wurde.
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Im
allgemeinen umfasst die Herstellung von integrierten Schalteinrichtungen
(in der Form von Wafern) die Verwendung von Plasmaätzkammern, welche
in der Lage sind, ausgewählte
Schichten zu ätzen,
die durch eine Photoresistmaske definiert werden. Die Behandlungskammern
sind derart eingerichtet, dass sie Prozessgase (das heißt Ätzchchemikalien)
aufnehmen, während
eine Hochfrequenzleistung (HF-Leistung) an eine oder mehrere Elektroden der
Behandlungskammer angelegt wird. Der Druck innerhalb der Behandlungskammer
wird ferner für den
einzelnen Prozess geregelt. Nach dem Aufbringen der gewünschten
HF-Leistung auf die Elektrode(n) werden die Prozessgase in der Kammer
derart aktiviert, dass ein Plasma erzeugt wird. Das Plasma wird
derart ausgebildet, dass es das gewünschte Ätzen der ausgewählten Schichten
des Halbleiterwafers ausführt.
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Typischerweise
erfordert eine Behandlungskammer, welche für Ätzmaterialien wie zum Beispiel Siliziumoxide,
verwendet wird, relativ hohe Energien, um das gewünschte Ätzergebnis
zu erzielen, im Vergleich zu anderen Filmen, welche während der
Herstellung geätzt
werden. Solche Siliziumoxide umfassen zum Beispiel thermisch gewachsene
Siliziumdioxide (SiO2), TEOS, PSG, BPSG,
USG (undotiertes Aufschleuderglas/undoped spin-on-glass), LTO etc. Die
Notwendigkeit für
hohe Energien entstammt der Notwendigkeit, die starken Bindungen
der Siliziumoxidfilme zu beschießen und aufzubrechen und die chemischen
Reaktionen anzutreiben, um die flüchtigen Ätzprodukte auszubilden. Diese
Kammern werden daher als „Ätzkammern
für Oxid
hoher Dichte" (high
density oxide etch chambers) bezeichnet, welche in der Lage sind,
hohe Plasmadichten zu produzieren, um einen hohen Ionenfluss zu
dem Wafer zu erzeugen und bei geringen Gasdrücken große Ätzraten zu erreichen.
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Während Ätzkammern
für Oxid
hoher Dichte beim Ätzen
der gewünschten
Wafer-Oberflächen gut funktionieren,
werden die inneren Oberflächen
der Ätzkammer
ebenso der hohen Ionenleistung ausgesetzt. Daher wird Material aus
den inneren Oberflächen
der Ätzkammer
als ein Ergebnis des Ionenbeschusses entfernt, entweder durch physikalisches Sputtern
(Kathodenzerstäubung)
oder durch chemisches Sputtern, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
des Materials und der Zusammensetzung des Ätzgases.
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In
der Kenntnis, dass die inneren Oberflächen der Ätzkammer bei Kammern mit Oxid
hoher Dichte dem Plasma ausgesetzt sind, werden die Kammern nun
derart ausgeführt,
dass sie die Verwendung von einfachen Auskleidungsteilen ermöglichen,
wie zum Beispiel Scheiben, Ringen und Zylindern. Weil diese Teile
derart ausgeführt
sind, dass sie das Plasma über
dem Wafer, der behandelt wird, beschränken, werden diese Teile kontinuierlich
den Energien des Behandlungsplasmas ausgesetzt und durch diese angegriffen.
Aufgrund dieser Aussetzung erodieren diese Teile ultimativ oder
sammeln einen Polymeraufbau an, was einen Austausch oder eine sorgfältige Reinigung
erfordert. Eventuell verschleißen
alle Teile so weit, dass sie nicht länger verwendbar sind. Diese
Teile werden daher als „Verschleißteile" bezeichnet. Daher
werden, wenn die Lebensdauer des Teils kurz ist, die Kosten des
Verschleißteils dann
hoch (das heißt
Teilkosten/Lebensdauer des Teils).
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Weil
diese Teile Verschleißteile
sind, ist es wünschenswert,
Oberflächen
zu haben, welche resistent gegenüber
den Plasmaenergien sind, was daher die Kosten der Verschleißteile vermindern
wird. Versuche gemäß dem Stand
der Technik, die Kosten von den Verschleißteilen zu vermindern, haben
die Herstellung dieser Teile aus Aluminiumoxid (Al2O3) und Quarzwerkstoffen umfasst. Obwohl diese
Materialien etwas resistent gegenüber den Plasmaenergien sind,
weist in Ätzkammern
mit Oxid hoher Dichte der hohe Ionenbeschuss durch das Plasma die schwache
Seite auf, dass Niveaus einer Kontaminierung (zum Beispiel Teilchenkontamination
und Kontamination mit metallischer Verunreinigung) produziert werden,
welche weniger als akzeptabel sind. Zum Beispiel, wenn die Oberfläche des
Verschleißteils
Aluminiumoxid (das heißt
Alumina) ist, wird, wenn das Plasma die Oberflächen beschießt, das Aluminium
gelöst
werden und wird sich dann in das Plasma einmischen, welches oberhalb
des Wafers liegt. Etwas von diesem Aluminium wird in einem organischen
Polymer eingebettet, welches auf dem Wafer während des Ätzens und auf den Oberflächen der
Verschleißteile
(das heißt
der Kammerauskleidungen, -abdeckungen und ähnliches) abgeschieden wird.
Wenn dies passiert, kann das Polymer auf der Oberfläche des
Verschleißteils
nicht in der Lage sein, vollständig
während
eines herkömmlichen
Schritts des Plasmareinigens an Ort und Stelle (In-Situ-Plasmareinigen)
oder „Veraschungs"-Schritts gereinigt zu werden. Somit
wird ein krümeliger,
abblätternder
Film oder eine pulverige Beschichtung, welche C, Al, O und F umfasst,
nach dem Plasmareinigen an Ort und Stelle zurückgelassen und führt daher
zu einer hohen Teilchenanzahl. Das Aluminium, welches in Strukturen,
die geätzt
werden, und den Filmen auf dem Siliziumwafer abgeschieden wird,
kann eine Verschlechterung der Einrichtungen, welche nachfolgend
geformt werden, verursachen, zum Beispiel durch Vergrößern des
Kriechstroms in DRAM-Zellen.
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Wie
oben beschrieben worden ist, wird ebenso Quarz als das Material
auf den inneren Oberflächen
der Verschleißteile
verwendet. Bei Quarzoberflächen
hat man jedoch festgestellt, dass sie eine unglückliche Quelle von Teilchen
sind, aufgrund der niedrigen thermischen Leitfähigkeit von Quarz und der hohen Ätzraten
in den Plasmen hoher Dichte, welche verwendet werden, um Oxide zu ätzen. Zudem
macht das Quarz mit geringer thermischer Leitfähigkeit die Temperaturregelung
der Oberfläche
von diesen Teilen sehr schwierig. Dies führt zu großen Temperaturzyklen und zu
einem Abblättern
des Ätzpolymers,
welches auf der Oberfläche
der Verschleißteile
abgeschieden wird, und verursacht daher die unglückliche Erzeugung von verunreinigenden
Teilchen. Ein weiterer Nachteil der Verschleißteile aus Quarz ist, dass
die hohe Ätzrate
in Ätzeinrichtungen
mit Oxid hoher Dichte dazu neigen, in dem Quarz einen Lochfraß zu verursachen,
was dann zu einem Abplatzen der Quarzteilchen führt.
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Angesichts
des Vorhergehenden gibt es einen Bedarf für Behandlungskammern mit Plasma
hoher Dichte, welche Verschleißteile
aufweisen, welche resistenter gegenüber Erosion sind und bei der
Minimierung der Kontamination (zum Beispiel durch Teilchen und metallische
Verunreinigungen) auf den Waferoberflächen, welche behandelt werden,
helfen.
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US-A-5
788 799 beschreibt schon eine Plasmabehandlungskammer mit einer
temperaturgeregelten Auskleidung und einem Auskleidungsträger.
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Es
gibt ferner einen Bedarf an Verschleißteilen zur Verwendung in Anwendungen
von Plasma hoher Dichte, und welche geeignet sind, Temperaturvariationen
zu widerstehen, wobei ein Schaden an den Verschleißteilen
verhindert wird.
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Dies
wird durch eine Plasmabehandlungskammer gemäß dem Anspruch 1 erreicht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
diesen Bedarf durch zur Verfügung
Stellen von temperaturgeregelten, hochgradig ätzresistenten, plasmabegrenzenden
Teilen (das heißt
Verschleißteilen)
mit geringer Kontaminierung zur Verwendung in Plasmabehandlungskammern.
Es soll verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung auf zahlreichen Wegen umgesetzt
werden kann, umfassend einen Prozess, eine Vorrichtung, ein System,
eine Einrichtung oder ein Verfahren. Mehrere erfinderische Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben.
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In
einer Ausführung
wird eine Plasmabehandlungskammer offenbart, welche ein elektrostatisches
Futter (Chuck) zum Halten eines Wafers umfasst, und welche Verschleißteile aufweist,
die hochgradig ätzresistent,
weniger anfällig
gegenüber
der Erzeugung einer Kontaminierung sind und temperaturgeregelt werden
können.
Die Verschleißteile
umfassen eine Kammerauskleidung, welche einen unteren Tragabschnitt
und eine Wand aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie den elektrostatischen
Chuck umschließt.
Die Verschleißteile
umfassen ferner eine Auskleidungstragstruktur, welche eine untere
Verlängerung
(Ansatz), eine flexible Wand und eine obere Verlängerung (Ansatz) aufweist.
Die flexible Wand ist derart ausgeführt, dass sie eine äußere Oberfläche der
Wand der Kammerauskleidung umschließt, und die flexible Wand des
Auskleidungsträgers
ist mit einem Abstand gegenüber
der Wand der Kammerauskleidung angeordnet. Die untere Verlängerung
des Auskleidungsträgers
ist jedoch derart ausgeführt, dass
sie in einem direkten thermischen Kontakt mit dem unteren Tragabschnitt
der Kammerauskleidung steht. Zusätzlich
ist ein Blendenring Teil der Verschleißteile und ist derart ausgeführt, dass
er mit und in einem thermischen Kontakt mit der Kammerauskleidung
und dem Auskleidungsträger
zusammengebaut werden kann. Der Blendenring definiert eine Plasmaabschirmung
um den elektrostatischen Chuck herum. Eine Heizvorrichtung ist dann
geeignet, mit der oberen Verlängerung
des Auskleidungsträgers
thermisch verbunden zu werden, um eine Temperatur aus dem Auskleidungsträger zu der Kammerauskleidung
und dem Blendenring thermisch zu leiten. Ebenso umfasst ist ein äußerer Träger, welcher
thermisch mit einem Kühlring
verbunden ist, der an eine obere Platte der Kammer gekoppelt ist.
Der äußere Träger und
der Kühlring
sind daher geeignet, eine exakte Temperaturregelung für die Kammerauskleidung
zusammen mit einer gegossenen Heizvorrichtung zur Verfügung zu
stellen. Diese exakte Temperaturregelung verhindert daher Temperaturdrifte, was
daher vorteilhaft das Ätzen
eines ersten Wafers mit in etwa denselben Temperaturzuständen wie
einen letzten Wafer ermöglicht.
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In
einer am meisten vorzuziehenden Ausführung sind die Verschleißteile,
umfassend die Kammerauskleidung und den Blendenring, vollständig aus
einem Werkstoff hergestellt oder mit diesem beschichtet, ausgewählt aus
Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrit (Si3N4), Borkarbid (B4C)
und/oder Bornitrit (BN). Auf diese Art und Weise werden diese Werkstoffe,
sobald sie der Energie des Plamasputterns ausgesetzt sind, flüchtige Produkte
produzieren, welche im wesentlichen ähnlich zu den flüchtigen Ätzprodukten
sind, die während
des Ätzens
der Oberflächenschichten
des Wafer produziert werden.
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In
einer anderen Ausführung
wird eine Plasmaätzkammer,
welche Verschleißteile
aufweist, offenbart. Die Verschleißteile umfassen eine Kammerauskleidung,
welche einen unteren Tragabschnitt und eine zylindrische Wand aufweist,
die einen Mittelpunkt der Plasmaätzkammer
umschließt.
Ein Auskleidungsträger,
welcher derart ausgeführt
ist, dass er die Kammerauskleidung umschließt. Der Auskleidungsträger ist
thermisch mit dem unteren Tragabschnitt der Kammerauskleidung verbunden.
Der Auskleidungsträger
umfasst ferner eine Vielzahl von Schlitzen, welche den Auskleidungsträger in eine Vielzahl
von Fingern unterteilen. In einer vorzuziehenden Ausführung ist
die Kammerauskleidung aus einem Werkstoff hergestellt, ausgewählt aus
einem Siliziumkarbid-Werkstoff (SiC), einem Siliziumnitrit-Werkstoff
(Si3N4), einem Borkarbid-Werkstoff (B4C) und einem Bornitrit-Werkstoff (BN), und
der Auskleidungsträger
ist aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt.
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In
noch einer weiteren Ausführung
wird ein Verfahren zum Verwenden von Verschleißteilen zur Verwendung in einer Ätzkammer
mit hochdichtem Plasma offenbart. Das Verfahren umfasst die Verwendung
von einer Kammerauskleidung aus einem Werkstoff, welcher ausgewählt ist
aus einem von einem Siliziumkarbid-Werkstoff (SiC), einem Siliziumnitrit-Werkstoff
(Si3N4), einem Borkarbid-Werkstoff (B4C) und einem Bornitrit-Werkstoff (BN). Die
Kammerauskleidung kann eine Wand aufweisen, welche einen Plasmabereich
der Kammer umschließt,
und einen unteren Tragabschnitt. Das Verfahren kann die Verwendung
von einem Aluminiumauskleidungsträgerumfassen, welcher eine untere
Verlängerung, eine
flexible Wand und eine obere Verlängerung aufweist, wobei eine
Vielzahl von Schlitzen in der flexiblen Wand und der unteren Verlängerung
des Auskleidungsträgers
vorgesehen ist, um zu ermöglichen, dass
sich der Auskleidungsträger
bei erhöhten
Temperaturen ausdehnt. Das Verfahren umfasst optional die Verwendung
eines Blendenrings aus Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrit (Si3N4), Borkarbid (B4C) und/oder Bornitrit (BN). Eine Vielzahl
von Schlitzen kann in dem Blendenring vorgesehen sein, um eine Plasmaabschirmung
zur Verfügung
zu stellen. Das Verfahren kann die thermische Regelung der Kammerauskleidung über einen
thermischen Weg durch den Auskleidungsträger und den Blendenring umfassen.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung umfasst eine Plasmabehandlungskammer eine Kammerauskleidung
und einen Auskleidungsträger,
wobei der Auskleidungsträger
eine flexible Wand umfasst, welche derart ausgeführt ist, dass sie eine äußere Oberfläche der
Kammerauskleidung umschließt,
wobei die flexible Wand mit Abstand gegenüber der Wand der Kammerauskleidung
angeordnet ist. Für
Zwecke einer optionalen Temperaturregelung der Auskleidung kann
eine Heizvorrichtung thermisch mit dem Auskleidungsträger verbunden
sein, derart, dass sie Wärme
thermisch aus dem Auskleidungsträger
zu der Kammerauskleidung leitet. Obwohl alle geeigneten Werkstoffe
für die
Auskleidung und den Auskleidungsträger verwendet werden können, ist
der Auskleidungsträger
vorzugsweise aus einem flexiblen Aluminiumwerkstoff ausgeführt, und die
Kammerauskleidung umfasst vorzugsweise einen keramischen Werkstoff.
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Der
Auskleidungsträger
kann verschiedene Merkmale aufweisen. Zum Beispiel kann die flexible Wand
Schlitze umfassen, welche den Auskleidungsträger in eine Vielzahl von Fingern
unterteilen, welche der flexiblen Wand ermöglichen, thermische Spannungen
zu absorbieren, und/oder eine untere Verlängerung des Auskleidungsträgers kann
an einem unteren Tragabschnitt der Kammerauskleidung befestigt sein.
Wenn es gewünscht
wird, kann ein Blendenring in einem thermischen Kontakt mit der Kammerauskleidung
und dem Auskleidungsträger verwendet
werden, um eine Plasmaabschirmung um den elektrostatischen Chuck
herum, der in einem mittleren Bereich der Kammer positioniert ist,
zu bilden. Die Kammerauskleidung und/oder der Blendenring sind vorzugsweise
aus einem oder mehreren von Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrit
(Si3N4), Borkarbid (B4C) und Bornitrit (BN) hergestellt.
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Die
Plasmabehandlungskammer kann verschiedene Merkmale umfassen. Zum
Beispiel kann die Kammerauskleidung einen niedrigen spezifischen
elektrischen Widerstand aufweisen und derart ausgeführt sein,
dass sie einen HF-Weg zu Erde zur Verfügung stellt. Wenn es gewünscht wird,
kann eine Gasverteilungsplatte, welche einen hohen spezifischen
elektrischen Widerstand aufweist, über einem elektrostatischen
Chuck und/oder einem Fuß,
welcher einen Fokusring und den elektrostatischen Chuck trägt, vorgesehen
sein. Die Gasverteilungsplatte, der Fokusring und/oder der Fuß sind vorzugsweise
aus einem oder mehreren von Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrit
(Si3N4), Borkarbid
(B4C) und Bornitrit (BN) hergestellt. Das
Plasma kann in der Kammer durch eine HF-Energiequelle erzeugt werden, welche
HF-Energie induktiv durch die Gasverteilungsplatte einkoppelt und
ein hochdichtes Plasma in der Kammer erzeugt. Die HF-Energiequelle
umfasst vorzugsweise eine ebene Antenne (Planarantenne). Die Kammer
kann zum Plasmabehandeln von Halbleiterwafern verwendet werden.
Zum Beispiel kann die Kammer eine Plasmaätzkammer sein.
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Die
Auskleidung kann verschiedene Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel
kann der Auskleidungsträger
einen äußeren Träger umfassen,
welcher thermisch mit einer unteren Verlängerung des Auskleidungsträgers verbunden
ist, und der äußere Träger kann
in einem thermischen Kontakt mit einer wassergekühlten oberen Platte stehen,
die auf der Kammer montiert ist. Der Auskleidungsträger kann ebenso
eine obere Verlängerung,
eine flexible Wand und eine untere Verlängerung umfassen, wobei die flexible
Wand und die untere Verlängerung
eine Vielzahl von Schlitzen aufweisen können, welche eine Vielzahl
von Fingern in dem Auskleidungsträger bilden. Zur Temperaturregelung
kann ein gegossener Heizring in einem thermischen Kontakt mit dem
Auskleidungsträger
positioniert sein, wobei der Heizring ein widerstandsgeheiztes Element
umfasst, welches den Auskleidungsträger derart aufheizt, dass die Temperatur
der Kammerauskleidung thermisch geregelt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung wird ein Halbleitersubstrat in einer Plasmabehandlungskammer
behandelt, welche eine Kammerauskleidung und einen Auskleidungsträger aufweist,
wobei der Auskleidungsträger
eine flexible Wand umfasst, welche derart ausgeführt ist, dass sie eine äußere Oberfläche der
Kammerauskleidung umschließt,
die flexible Wand mit Abstand gegenüber der Wand der Kammerauskleidung
positioniert ist, wobei ein Halbleiterwafer in die Kammer überführt wird
und eine ausgesetzte Oberfläche
des Substrates mit einem hochdichten Plasma behandelt (prozessiert)
wird. Die Kammerauskleidung ist vorzugsweise ein keramischer Werkstoff,
und der Auskleidungsträger
umfasst vorzugsweise einen äußeren Träger, welcher
sich zwischen dem Auskleidungsträger
und einem temperaturgeregelten Teil der Kammer erstreckt, wobei
der äußere Träger derart
in seiner Größe bemessen
ist, dass er einen Temperaturdrift der Kammerauskleidung während der
aufeinander abfolgenden Behandlung einer Charge von Halbleiterwafern
minimiert. Während
der Waferbehandlung wird die keramische Auskleidung vorzugsweise aus
der Kammer entfernt und durch eine andere keramische Auskleidung
nach der Behandlung einer vorbestimmten Anzahl von Halbleiterwafern
ersetzt. Ferner kann die Kammerauskleidung eine Wafereintrittsöffnung umfassen,
welche den Durchtritt des Wafers in die Kammer hinein ermöglicht.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen,
welche im Wege eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung darstellen,
offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird leicht durch die folgende detaillierte
Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden
werden. Um diese Beschreibung zu vereinfachen, bezeichnen sich entsprechende
Bezugszeichen sich entsprechende strukturelle Elemente.
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Die 1 zeigt
eine Ätzkammer
für Plasma hoher
Dichte in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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die 2A–2C stellen
in größerem Detail
einen Blendenring in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar;
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die 3A zeigt
eine detailliertere quergeschnittene schematische Ansicht eines
Auskleidungsträgers
in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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die 3B zeigt
eine Seitenansicht des Auskleidungsträgers aus dem Querschnitt A-A
der 3A in Übereinstimmung
mit einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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die 3C stellt
die Flexibilität
des Auskleidungsträgers
dar, wenn er Temperaturspannungen ausgesetzt wird, in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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die 4 stellt
dar, wie die Kammerauskleidung mit dem Auskleidungsträger in Überereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung zusammengebaut wird;
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die 5A zeigt
eine teilweise quergeschnittene Ansicht der Kammerauskleidung, des
Auskleidungsträgers
und des Blendenrings, zusammengebaut in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung;
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die 5B zeigt
eine Seitenansicht eines äußeren Trägers in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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die 6 stellt
eine dreidimensionale zusammengebaute Ansicht der Kammerauskleidung, des
Blendenrings und des Auskleidungsträgers in Übereinstimmung mit einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung dar;
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die 7 zeigt
eine weitere dreidimensionale Ansicht der zusammengebauten Kammerauskleidung,
des Auskleidungsträgers
und des Blendenrings in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und
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die 8 zeigt
eine Ansicht in Explosionsdarstellung von Bereichen der Ätzkammer
mit hochdichtem Plasma der 1 in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER VORZUZIEHENDEN AUSFÜHRUNGEN
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Die
Erfindung stellt ein oder mehrere temperaturgeregelte, hochgradig ätzresistente
Plasmabegrenzungsteile (das heißt
Verschleißteile)
mit geringer Kontaminierung zur Verwendung in Plasmabehandlungskammern
zur Verfügung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details
ausgeführt,
um ein tiefgreifendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung zur Verfügung
zu stellen. Es wird jedoch für
den Fachmann verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser
spezifischen Details ausgeführt
werden kann. In anderen Fällen
sind ausreichend bekannte Behandlungsoperationen nicht im Detail
beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
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Die
plasmabegrenzenden Teile der vorliegenden Erfindung liegen vorzugsweise
in der Form von zum Beispiel Kammerauskleidungen, Blendenringen,
Gasverteilungsplatten, Fokusringen, Auskleidungsträger und
anderen nicht elektrisch angesteuerten Teilen vor. Diese Teile sind
vorzugsweise derart ausgeführt,
dass sie im wesentlichen nicht verunreinigend und ätzresistent
sind, und sie sind vorzugsweise temperaturgeregelt, ohne diese Teile
zu beeinträchtigen.
Die plasmabegrenzenden Teile sind vorzugsweise aus Werkstoffen hergestellt,
welche aus Elementen bestehen, die unschädlich für Einrichtungen sind, die auf
dem Wafer hergestellt werden, wie zum Beispiel Silizium (Si), Kohlenstoff
(C), Stickstoff (N) oder Sauerstoff (O). Auf diese Art und Weise
werden, wenn die plasmabegrenzenden Teile durch Ionen beschossen
werden (das heißt
durch das Plasma gesputtert werden), flüchtige Produkte, welche sich
mit den Prozessgasen kombinieren, produziert. Diese flüchtigen
Produkte können
dann aus der Kammer entfernt werden, wobei eine Vakuumpumpe verwendet
wird, und werden sich nicht auf dem Wafer ablagern, was eine Kontaminierung
verursacht. In einer der vorzuziehenden Ausführungen, in welcher die plasmabegrenzenden
Teile in einer Plasmaätzkammer
vorliegen, können
solche Teile resistenter gegenüber
den Ätzgasen
sein, und die Lebensdauer der Teile kann verlängert werden.
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Die
plasmabegrenzenden Teile der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise
aus einem oder mehreren Werkstoffen ausgeführt, wie zum Beispiel Siliziumkarbid
(SiC), Siliziumnitrit (Si3N4),
Borkarbid (B4C) und Bornitrit (BN). Diese
Werkstoffe weisen alle die gewünschten
Eigenschaften auf, dass sie einen hohen Ätzwiderstand, nicht verunreinigende
Elemente und flüchtige Ätzprodukte
aufweisen. In einer am meisten vorzuziehenden Ausführung sind
die plasmabegrenzenden Teile (welche auch als Verschleißteile bezeichnet
werden) aus solidem Siliziumkarbid (SiC) hergestellt, was daher
Metall- und/oder Teilchenkontaminierung des behandelten Wafers reduziert.
Das SiC, welches für
den Blendenring 132 und die Auskleidung 130 verwendet
wird, ist vorzugsweise elektrisch leitend, so dass, wenn es in einen
Kontakt mit dem Plasma gelangt, es einen guten Erdungsweg für den HF-Strom
darstellt. SiC mit einem höheren
spezifischen Widerstand kann für eine
Gasverteilungsplatte („GDP") (das heißt 120 in der 1)
verwendet werden, um ein induktives Koppeln von HF-Leistung durch
diese zu ermöglichen.
Wie oben beschrieben worden ist, ätzt das SiC mit einer niedrigen
Rate durch das Plasma, was es zu einem kostengünstigen Verschleißteil macht.
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Zudem
kann, weil das SiC eine hohe Reinheit aufweist, die Waferverunreinigung,
die in dem chemischen Sputtern des SiC durch das Plasma bedingt
ist, minimiert werden. Zudem kann das geerdete SiC das Sputtern
der anderen Oberflächen
in der Kammer reduzieren, dadurch, dass es eine Reduzierung in dem
Plasmapotential und somit der Ionenbeschussenergie für alle Oberflächen, die
nicht aus Siliziumkarbid hergestellt sind, verursacht. Die SiC-Komponente
stellt ferner ein sehr stabiles Plasmapotential zur Verfügung, so
dass die Ätzergebnisse
innerhalb einer individuellen Kammer und von Kammer zu Kammer wiederholbarer
sind. Für
weitere Informationen hinsichtlich der Benutzung von plasmabegrenzenden
Teilen, welche in der Lage sind, die Kontamination von Behandlungen
mit hochdichtem Plasma zu vermindern, wird auf eine gemeinsam übertragene
US-Patentanmeldung verwiesen, welche die Anmeldenummer 09/050,902
aufweist, eingereicht am 31. März
1938 und mit dem Titel „Contamination
Controlling Method and Apparatus For A Plasma Processing Chamber" versehen ist. Diese Anmeldung
wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen. Die verschiedenen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben
werden.
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Die 1 zeigt
eine Kammer 100 zum Ätzen mit
Plasma hoher Dichte in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Ein Kammergehäuse 102 ist gezeigt,
beinhaltend ein Halbleitersubstrat, wie zum Beispiel einen Siliziumwafer 104,
das einer Plasmaätzoperation
unterzogen werden kann. In dieser Ausführung ist die Ätzoperation
vorzugsweise eine Operation mit hochdichtem Plasma, welches derart
konfiguriert ist, dass es Werkstoffe wie zum Beispiel Siliziumoxide ätzt, die auf
der Oberfläche
des Wafers 104 ausgebildet werden können. Das Plasma hoher Dichte
(zum Beispiel Plasmen, welche eine Dichte zwischen rund 1011 bis 1012 Ionen/cm3 aufweisen) wird in der Kammer dadurch hergestellt,
dass sichergestellt wird, dass die Kammer auf einem relativ niedrigen
Druck von weniger als rund 80 mTorr gehalten wird, und am meisten vorzuziehen
zwischen rund 1 mTorr und rund 40 mTorr. Der Druck in der Kammer
wird im allgemeinen durch Implementieren einer geeigneten Vakuumpumpe
an dem Boden der Kammer beibehalten.
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Der
Wafer 104 ist getragen über
einem elektrostatischen Chuck 106 gezeigt. Unterhalb des
elektrostatischen Chucks 106 befindet sich eine untere Elektrode 108,
welche einen Ring 110 zur Rückseitenkühlung zum Regeln der Temperatur
des elektrostatischen Chucks 106 beinhaltet. Der elektrostatische
Chuck 106 wird durch einen Fuß 112 begrenzt und
einen Fokusring 114, der den Wafer 104 umschließt. In einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind der Fuß 112 und der Fokusring 114 vorzugsweise
aus einem Werkstoff hergestellt, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist,
die umfasst: (a) Siliziumkarbid (SiC), (b) Siliziumnitrit (Si3N4) (c) Borkarbid
(B4C) oder (d) Bornitrit (BN). In einer
am meisten vorzuziehenden Ausführung
wird es Si3N4 als
der Werkstoff für
den Fuß 112 und
den Fokusring 114 ausgewählt.
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Gemäß einer
Ausführung
sitzt ein isolierender Alumina-Ring 116 zwischen einem
Aluminiumfuß 118 und
der unteren Elektrode 108 und dem Fuß 112 aus Siliziumkarbid.
Eine Kammerauskleidung 130 ist vorzugsweise eine zylindrische
Kammerauskleidung, welche an einen Blendenring 132 angeschlossen werden
kann. Der Blendenring 132 umfasst im allgemeinen einen
inneren Ring 132a, welcher einen guten elektrischen Kontakt
sowie einen guten thermischen Kontakt mit der Kammerauskleidung 130 herstellt.
Der Blendenring 132 weist ferner ein integrales Feld von
Zähnen 132b auf,
welche noch in größerem Detail
mit Bezug auf die 2A bis 2C beschrieben
werden.
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Oberhalb
von dem Wafer 104 befindet sich eine Gasverteilungsplatte
(GDP) 120, welche als ein Brausekopf (Showerhead) arbeitet,
um die Ätzgaschemikalien
in die Behandlungskammer hinein freizulassen. Oberhalb von der Gasverteilungsplatte 120 sitzt
ein keramisches Fenster 122. Oberhalb des keramischen Fensters 122 befindet
sich ein HF-Spulensystem 120 (das heißt eine HF-Antenne), welche dazu
verwendet wird, eine obere HF-Leistung in die Reaktorkammer 100 zuzuführen. Die
HF-Spulen 120 werden vorzugsweise über einen Kühlkanal gekühlt, welcher in der Mitte der
HF-Spulen 120 integriert ist. In dieser vereinfachten Darstellung
wird eine Gaszuführungsöffnung 126 verwendet,
um behandelnde (prozessierende) Gase in die Kanäle zuzuführen, welche zwischen dem keramischen
Fenster 122 und der Gasverteilungsplatte 120 gebildet
werden. Für weitere
Informationen über
Behandlungskammern wird Bezug auf einen Plasmaätzreaktor TCP 9100TM genommen,
welcher von der LAM Research Corporation aus Fremont, Kalifornien
erhältlich
ist.
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Ein
HF-Impedanzabgleichungssystem 127 ist derart ausgeführt, dass
es über
der Behandlungskammer angebracht ist und einen geeigneten Kontakt
mit den HF-Spulen 122 herstellt,
um die Leistungszufuhr sowie andere Reaktorsteuerparameter zu steuern.
Wie oben beschrieben worden ist, ist das keramische Fenster 122 derart
ausgeführt,
dass es in einem Kontakt mit der Gasverteilungsplatte steht, welche
innerhalb einer oberen Platte 124 montiert ist. Die obere
Platte 124 bildet eine Schnittstelle zwischen atmosphärischem
Druck und einem gewünschten
Vakuumzustand innerhalb der Ätzkammer 100 mit
hochdichtem Plasma. Wie für
den Fachmann offensichtlich sein sollte, wird die gewünschte Druckschnittstelle
durch Positionieren einer geeigneten Anzahl von O-Ringen zwischen
den Schnittstellen des Kammergehäuses 2,
der oberen Platte 124, der GDP 120, dem keramischen
Fenster 122 und dem HF-Abgleichungssystem 127 hergestellt.
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Ein
Auskleidungsträger 134 ist
ferner innerhalb der Ätzkammer 100 für hochdichtes
Plasma vorgesehen, um eine exakte Steuerung und Übertragung einer gewünschten
Temperatur auf die Kammerauskleidung 130 und den Blendenring 132 zu
ermöglichen.
In dieser Ausführung
ist der Auskleidungsträger 134 aus
Aluminium hergestellt, um seine Flexibilität zu erleichtern und seine
thermische Leitfähigkeit
zu verbessern. Der Auskleidungsträger 134 umfasst eine
obere Verlängerung
(auch Ansatzstück) 134a,
eine flexible Wand 134b, eine untere Verlängerung 134c und
eine Auskleidungstragverlängerung 134d.
Die untere Verlängerung 134c ist
in einem direkten thermischen Kontakt mit der Kammerauskleidung 130 und
dem Blendenring 132 montiert gezeigt. In dieser Ausführung ist
die flexible Wand 134b leicht von der Kammerauskleidung 130 getrennt
angeordnet. Eine Heizvorrichtung 140 ist geeignet, in einem direkten
thermischen Kontakt mit der oberen Verlängerung 134a des Auskleidungsträgers 134 befestigt zu
werden. Um die Heizvorrichtung 140 einzuschalten und zu
steuern, wird eine Leistungsverbindung 142 verwendet, um
eine Verkopplung mit einem Heizungsleistungssystem 129 herzustellen.
Der Auskleidungsträger
ist daher gut geeignet, um eine gewünschte Temperatur zu regeln,
welche thermisch auf die Kammerauskleidung 130 und den
Blendenring 132 übertragen
werden kann, ohne einen Schaden an der (spröderen) Kammerauskleidung 130 oder
dem Blendenring 132 zu verursachen.
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Ebenfalls
gezeigt ist ein äußerer Träger 131, welcher
thermisch mit der unteren Verlängerung 134c des
Auskleidungsträgers 134 verbunden
ist. Der äußere Träger ist
ferner thermisch an die obere Platte 124 gekoppelt, welche
derart ausgeführt
ist, dass sie einen Kühlungsring 121 aufnimmt.
Wie weiter unten mit Bezug auf die 5A und 5B in größerem Detail
beschrieben werden wird, wird der äußere Träger 131 verwendet,
um eine Präzisionstemperaturregelung
der Kammerauskleidung 130 während Operationen der Waferbehandlung
(zum Beispiel Ätzen)
zu erreichen. Die Präzisionstemperaturregelung,
welche durch den äußeren Träger 131 und
den Kühlring 121 zur
Verfügung
gestellt wird, wird daher vorteilhaft dabei helfen, zu vermeiden, dass
die Temperatur der Kammerauskleidung nach und nach nach oben driftet
(aufgrund der Plasmaenergien), schneller als die Fähigkeit
der Auskleidung, die Wärme
auf ihre Umgebungen zu übertragen.
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Wie
oben beschrieben worden ist, sind die Kammerauskleidung 130 und
der Blendenring 132 vorzugsweise aus einem reinen Siliciumkarbidwerkstoff
hergestellt. Zusätzlich
sind die Gasverteilungsplatte 120, der Fokusring 114 und
der Fuß 112 ebenso
aus einem reinen Siliziumnitrit oder -karbidwerkstoffen hergestellt
oder wenigstens mit Siliziumkarbid beschichtet. Auf diese Art und
Weise werden im wesentlichen alle der Oberflächen, welche das hochdichte
Plasma begrenzen, reines Siliziumkarbid sein oder mit Siliziumkarbid
beschichtet sein. In einem breiten Zusammenhang können andere
Werkstoffe, welche nur aus Elementen bestehen, die für Einrichtungen
auf dem Wafer, der behandelt wird, unschädlich sind, wie zum Beispiel
Silizium (Si), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) oder Sauerstoff,
welche flüchtige Ätzprodukte
mit den Ätzgasen
bilden, verwendet werden. Auf diese Art und Weise werden die flüchtigen
Produkte, welche produziert werden, wenn die inneren Oberflächen, welche
das Plasma begrenzen, beschossen werden, sich mit den überschüssigen Ätzgasen
mischen, welche im allgemeinen aus der Kammer entfernt werden (durch
Verwendung einer Vakuumpumpe) oder ähnliches. Weil die Produkte, welche
produziert werden, wenn das Plasma die inneren Oberflächen der
Kammer beschießt,
(das heißt
die Verschleißteile)
flüchtig
sind, werden diese Produkte sich nicht auf der Oberfläche des
Wafers ablagern, was eine Kontaminierung verursacht, noch eingebettet
in dem Polymer enden, welches auf den Verschleißteilen abgeschieden wird.
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Die 2A bis 2C zeigen
in größerem Detail
den Blendenring 132 in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Wie in der 1 gezeigt
ist, arbeitet der Blendenring 132 als eine Plasmaabschirmung
für den
Durchtritt von Gasen und Nebenprodukten zu einer Vakuumpumpe, welche
an dem Boden der Kammer 102 angeschlossen ist. Wie gezeigt
ist, weist der Blendenring 132 ein Feld von Zähnen 132b auf,
welche dabei helfen, dass Plasma in der oberen Hälfte der Kammer 102 zu
halten, wobei die Siliziumkarbidoberflächen (der Verschleißteile)
das Plasma im wesentlichen oberhalb von dem Wafer 104 begrenzen.
Der Blendenring 132 weist ferner einen inneren Ring 132a auf,
welcher verwendet wird, um einen guten thermischen Kontakt mit der
Kammerauskleidung 130 herzustellen.
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Die 2B ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Paares von Zähnen 132b. Im allgemeinen
werden die offenen Flächen,
welche durch die Zwischenräume 132c zur
Verfügung
gestellt werden, derart ausgeführt,
dass ein prozentualer Anteil, welcher zwischen 50 und 70 Prozent
liegt, offener Fläche
beibehalten wird, um einen ausreichenden Durchtritt für die Gase
und Nebenprodukte, welche aus der Kammer 102 heraus gepumpt
werden sollen, zu ermöglichen.
Um jeden der Zwischenräume 132c herzustellen,
wie in der 2C gezeigt ist, muss der Werkstoff aus
solidem Siliziumkarbid (oder der mit SiC beschichtete Werkstoff)
maschinell bearbeitet werden, derart, dass ein geeignetes Längenverhältnis, welches
wenigstens 1,5 oder mehr beträgt,
beibehalten wird. In dieser beispielhaften Ausführung wird die Breite der Zwischenräume 132c vorzugsweise
auf rund 0,13 Inch eingestellt, und die Höhe wird auf rund 0,28 Inch
eingestellt. Diese vorzuziehenden Dimensionen stellen daher ein
Längenverhältnis von
rund 2,0 zur Verfügung.
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Der
innere Durchmesser (ID) des Blendenrings 132 in dieser
Kammerausführung
für 200
mm Wafer wird auf rund 10,75 Inches eingestellt, so dass ein Spalt
von rund 1/16 Inch zwischen dem Fuß 112, der in der 1 gezeigt
ist, zur Verfügung
gestellt wird. Der innere Durchmesser (ID) kann selbstverständlich größer sein,
in Abhängigkeit
von der Größe des Wafers,
welcher behandelt wird.
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Zum
Beispiel kann der innere Durchmesser soviel wie rund 14 Inches betragen,
für einen
300 mm Wafer.
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In
alternativen Ausführungen
kann der Blendenring 132 derart hergestellt werden, dass
die Zähne 132b durch
ein Feld von Bohrungen oder Schlitzen ersetzt werden. Wenn ein Feld
von Bohrungen oder Schlitzen anstelle der Zähne 132b hergestellt wird,
wird immer noch gewünscht,
dass ein offener Bereich (das heißt Durchtritt) verbleibt, dessen
Ausmaß zwischen
rund 50 Prozent und 70 Prozent liegt. Der Blendenring 132 ist
ebenso derart gezeigt, dass er eine Vielzahl von Schraubenbohrungen 150 aufweist,
welche entlang des äußeren Rings 132a ausgeführt sind.
Wie in der 1 gezeigt ist, werden die Schraubenbohrungen 150 derart
ausgeführt
werden, dass sie eine geeignete Schraube aufnehmen, welche dabei
helfen wird, den Blendenring 132 mit der Kammerauskleidung 130 und
dem Auskleidungsträger 134 untereinander
zu verbinden. Andere Befestigungseinrichtungen, wie zum Beispiel
Klammern, können
vorgesehen sein, welche die notwendige Kontaktkraft zuführen würden, um
eine ausreichende Wärmeübertragung
zu ermöglichen.
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Die 3A zeigt
eine detailliertere, quergeschnittene, schematische Ansicht des
Auskleidungsträgers 134 in Übereinstimmung
einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben worden ist, weist der
Auskleidungsträger 134 eine
flexible Wand 134b auf, welche derart ausgeführt ist, dass
sie sich in Reaktion auf eine Wärmeverformung biegt,
welche auftreten kann, wenn die Heizvorrichtung 140 das
gewünschte
Wärmeniveau
aufbringt. Vorzugsweise ist die flexible Wand 134b zylindrisch und
in eine Vielzahl von Fingern geschlitzt. Wie oben beschrieben worden
ist, ist der Auskleidungsträger vorzugsweise
aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt, welcher eine gute thermische
Leitfähigkeit
aufweisen wird und ebenso eine gute Flexibilität zur Verfügung stellen wird, wenn eine
gewünschte
Temperatur durch die Heizvorrichtung 140 aufgebracht wird. Weil
die untere Verlängerung 134c an
der Kammerauskleidung 130 und dem Blendenring 132 verriegelt/verschraubt
ist, wird die untere Verlängerung 134c an
ihrem Platz verbleiben, wohingegen die obere Verlängerung 134a,
welche an die Heizvorrichtung 140 an einer wärmeleitenden
Schnittstelle 141 gekoppelt ist, in der Lage sein kann,
sich nach außen
zu biegen, wie in der 3C dargestellt ist.
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Die
Heizvorrichtung 140 ist vorzugsweise an der oberen Verlängerung 134a befestigt,
wobei eine geeignete Anzahl von Schrauben 144 verwendet wird,
um sicherzustellen, dass die wärmeleitende Schnittstelle 141 auf
dem gesamten Weg entlang der oberen Verlängerung 134a beibehalten
wird. In einer vorzuziehenden Ausführung werden die Schrauben 144 geeignet
sein, die Heizvorrichtung 140 in einem Kontakt mit der
oberen Verlängerung 134a mit
einem Druck von rund 1000 Pfund (pounds) pro Quadratinch zu halten.
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Wenn
die Ätzkammer 100 für hochdichtes Plasma
derart eingerichtet ist, dass sie einen 8 Inch Wafer (das heißt einen
200 mm Wafer) prozessiert, kann der Auskleidungsträger 134 einen
inneren Durchmesser von rund 14½ Inch aufweisen. Die Dicke 170 der
flexiblen Wand 134b kann in dem Bereich von rund 1/16 Inch
bis rund 3/32 Inch liegen. Das Ausmaß 1/16 Inch wird vorzugsweise
für Prozessierungstemperaturen
verwendet, welche bis zu rund 300°C
reichen, während
das Ausmaß 3/32
für Kammern
reserviert ist, welche Prozessierungstemperaturen bis zu rund 1000°C aufweisen.
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Die
Trennung 176 zwischen der unteren Verlängerung 134c und der
oberen Verlängerung 134a wird
vorzugsweise auf rund 2½ Inch
eingestellt, in Abhängigkeit
von der Kammerhöhe.
Je größer die Trennung 176 ist,
desto größer ist
jedoch der thermische Widerstand in dem Auskleidungsträger 134. Daher
wird die Trennung 176 kurz genug gehalten, so dass der
Aluminiumwerkstoff des Auskleidungsträgers nicht zu sehr gedehnt
wird, wenn die Temperaturen 300°C
und mehr erreichen. Die beispielhafte Dicke 172 für die obere
Verlängerung 134 wird
vorzugsweise auf rund 9/16 Inch eingestellt, wohingegen die beispielhafte
Dicke der unteren Verlängerung 134c auf
rund 5/8 Inch eingestellt wird.
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Die 3B zeigt
eine Seitenansicht des Auskleidungsträgers 134 aus dem Querschnitt
A-A der 3A in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Um die Flexibilität des
Auskleidungsträgers 134 zu
erleichtern, werden Schlitze 152 in den Seiten des Auskleidungsträgers 134,
welche eine Vielzahl von Fingern ausbilden, ausgebildet. Die Schlitze 152 erstrecken
sich vertikal durch die flexible Wand 134b und durch die
untere Verlängerung 134c.
Weil der Auskleidungsträger 134 vorzugsweise
eine zylindrisch geformte Einheit ist, muss die Trennung zwischen
den Schlitzen 152 derart ausgeführt werden, dass ein geeignetes
Ausmaß an
Flexibilität
in der flexiblen Wand 134b verbleibt. Daher wird die Trennung
zwischen den Schlitzen 152 vorzugsweise auf rund 15 Grad
eingestellt. Die tatsächliche
Trennung zwischen den Schlitzen 152 kann jedoch variieren
und sich ebenso in Abhängigkeit
von dem Durchmesser des Auskleidungsträgers 134 und dem Ausmaß an Flexibilität, welches
gewünscht
ist, ändern.
Ebenso gezeigt sind die Schraubenöffnungen 150, welche
in den unteren Verlängerungen 134c ausgebildet
sind.
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Um
die Flexibilität
darzustellen, welche durch den Auskleidungsträger 134 zur Verfügung gestellt
wird, zeigt die 3C den Auskleidungsträger, der
sich nach außen
von einer Y-Achse (relativ zu einer horizontalen X-Achse) ausdehnt,
um eine Trennung 133 zu erreichen. In bestimmten Fällen kann die
Trennung nicht weniger als 1/16 Inch oder mehr betragen. Dementsprechend
wird der Auskleidungsträger 134 vorteilhaft
in der Lage sein, der thermischen Spannung zu widerstehen, welche
auf den Aluminiumwerkstoff des Auskleidungsträgers 134 auferlegt
wird, während
er die weniger flexible Kammerauskleidung 130 und den Blendenring 132 gegenüber den
verformenden Temperaturspannungen isoliert.
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Die 4 zeigt,
wie die Kammerauskleidung 130 mit dem Auskleidungsträger 134 in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung montiert wird. In dieser Ausführung wird,
wenn die Kammerauskleidung 130 aus Siliziumkarbid hergestellt
ist, sie einen HF-Rückkehnrveg
mit hoher Integrität
zur Erde für
die Leistungselektrode 108 (Bodenelektrode) zur Verfügung stellen.
Wie dem Fachmann bestens bekannt ist, bringt das Vorsehen eines HF-Erdungsweges
mit hoher Integrität
(high integrity RF ground path) in der Behandlungskammer den Vorteil
mit sich, dass man eine exzellente Prozesswiederholbarkeit hat.
Ferner kann das geerdete SiC ein Sputtern der anderen Oberflächen in
der Kammer dadurch reduzieren, dass es eine Reduktion in dem Plasmapotential
und somit in der Ionenbeschussenergie auf alle Oberflächen, die
nicht aus Siliziumkarbid gebildet sind, verursacht.
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Zudem
können
die Werkstoffe, welche für
die Kammerauskleidung 130 verwendet werden, wie zum Beispiel
SiC, ihren spezifischen elektrischen Widerstand über einem weiten Bereich modifiziert
aufweisen. Zum Beispiel kann der spezifische Widerstand von SiC
für die
spezifische Anwendung zugeschnitten sein. Wenn das SiC für die Kammerauskleidung 130 und
die Blendenplatte 132 verwendet wird, wird es derart modifiziert,
dass es einen geringen spezifischen Widerstand zur Verfügung stellt,
welcher den gut leitenden Weg zur Erde für die HF-Leistung erleichtert.
Auf der anderen Seite wird ein hoher spezifischer Widerstand gefordert,
wenn das Teil eine HF-Leistung, die induktiv durch es gekoppelt wird,
aufweisen muss, um den Leistungsverlust in dem Teil zu minimieren.
Somit wird SiC mit großem spezifischem
Widerstand vorzugsweise für
die Gasverteilungsplatte (GDP) 120 verwendet.
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Wie
gezeigt ist, sind die Schraubenbohrungen 150 derart eingerichtet,
dass sie durch die Kammerauskleidung 130 an einem unteren
Tragabschnitt hindurch verlaufen und dann in den Auskleidungsträger 134 übergehen.
Im allgemeinen wird eine geeignete Anzahl von Schrauben verwendet,
um die Kammerauskleidung 130 und den Auskleidungsträger 134 untereinander
zu verbinden, so dass eine thermisch gut leitende Schnittstelle 156 beibehalten
wird. Auf diese Art und Weise kann die Wärme, welche durch den Auskleidungsträger 134 geleitet
wird, thermisch auf die Kammerauskleidung 130 und den Blendenring 132 übertragen
werden.
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In
dieser vorzuziehenden Ausführung
ist der Auskleidungsträger 134 vorzugsweise
mit Abstand gegenüber
der Kammerauskleidung 130 durch einen Zwischenraum 154 angeordnet.
Der Zwischenraum 154 wird vorzugsweise auf rund 1/16 Inch
eingestellt. Diese Trennung wird im allgemeinen erwünscht, weil der
Auskleidungsträger 134 derart
ausgeführt
ist, dass er sich biegt, wie mit Bezug auf die 3C beschrieben
worden ist. Bei einer Kammer für
einen Wafer mit 200 mm beträgt
ein Durchmesser 179 der Kammerauskleidung 130 rund
14 Inches. Die Dicke der Kammerauskleidung 130 wird vorzugsweise
in dieser Ausführung
derart eingestellt, dass sie zwischen rund 0,1 Inch und rund 0,3
Inch liegt, und am meisten vorzuziehen auf rund 0,2 Inch. Die Höhe 177 dieser
beispielhaften Kammerauskleidung kann zwischen rund 3 Inches und
rund 12 Inches liegen, und vorzugsweise auf rund 5 Inches.
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Ebenso
gezeigt ist der äußere Träger 131, welcher
thermisch mit der unteren Verlängerung 134c des
Auskleidungsträgers 134 verbunden
ist. Vorzugsweise ist der äußere Träger mit
Abstand gegenüber
der flexiblen Wand 134b angeordnet, so dass sie sich ohne
eine wesentliche Behinderung biegen kann. Die äußere Seite des äußeren Trägers 131 weist
eine sich nach oben erstreckende Wand auf, die eine Oberfläche 123' aufweist, welche
derart eingerichtet ist, dass sie einen guten thermischen Kontakt
mit der oberen Platte 124 herstellt. Auf diese Art und
Weise kann ein Kühlring 121,
welcher in der 5A in größerem Detail gezeigt ist, verwendet werden,
um die Temperatur der Kammerauskleidung 130 und der inneren
Bereiche der Kammer zu regeln. Dementsprechend kann durch die kombinierte gleichzeitige
Regelung von beidem, der Heizvorrichtung 140 und dem Kühlring 121,
die Temperatur der Kammerauskleidung 130 beibehalten werden,
auf innerhalb von weniger als ±10
Grad Celsius von einem Nichtplasmazustand bis zu einem Zustand,
in dem nachhaltig ein Plasma vorliegt. Somit kann der erste Wafer,
welcher geätzt
wird, mit derselben Temperatur der Kammerauskleidung 130 geätzt werden,
wie der letzte Wafer, welcher geätzt
wird, innerhalb einer Variation von ±10 Grad Celsius.
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Die 5A zeigt
eine teilweise quergeschnittene Ansicht der Kammerauskleidung 130,
des Auskleidungsträgers 134 und
des Blendenrings 132, zusammengebaut in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, sind die Kammerauskleidung 130 und
der Auskleidungsträger 134 derart
zusammengebaut, dass sie eine thermisch gut leitende Schnittstelle 156 erreichen,
wie oben beschrieben worden ist.
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Wie
oben beschrieben worden ist, ist der äußere Träger 131 thermisch
an der unteren Verlängerung 134c mittels
einer Vielzahl von Schrauben 135 angeschlossen. Der äußere Träger 131 weist
in einer am meisten vorzuziehenden Ausführung eine flexible Wand 131a auf,
welche derart gezeigt ist, dass sie thermisch mit der oberen Platte 124 verbunden
ist. Eine Seitenansicht des äußeren Trägers 131 wird ebenso
in der 5B zur Verfügung gestellt, um darzustellen,
wie eine Vielzahl von Fingern 131d, welche durch eine Vielzahl
von Schlitzen 131c getrennt sind, dabei helfen, der flexiblen
Wand 131a die notwendige Flexibilität zu verleihen. Die obere Platte 124 ist ferner
derart eingerichtet, dass sie den Kühlring 121 auf einer
oberen Lippe der oberen Platte 124 aufnimmt. Selbstverständlich können andere
Konfigurationen zum Aufbringen des Kühlrings 121 oder ein anderer
Typ von Kühlsystem
für die
obere Platte 124 verwendet werden.
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In
dieser Ausführung
wird die kombinierte Verwendung der Heizvorrichtung 140 und
des Kühlrings 121 die
genaue Temperaturregelung in engen Temperaturbereichen ermöglichen.
Zum Beispiel wird die Kammerauskleidung 130 typischerweise
auf hohen Temperaturen betrieben, wie zum Beispiel 200 Grad Celsius
oder mehr, während
Wärme in
die Umgebungen primär
durch Strahlung verloren geht. Wenn das Plasma initiiert wird, leitet
das Plasma mehr Wärme
in die Kammerauskleidung 130 durch Ionenbeschuss ein. Die
Kammerauskleidung 130 wird in ihrer Temperatur über der
Zeit langsam ansteigen, weil sie im allgemeinen diese Wärme durch Strahlung
nicht auf ihre Umgebungen so schnell übertragen kann, wie sie Wärme von
dem Plasma aufnimmt. Somit ist der äußere Träger 131, welcher thermisch
mit dem Kühlring 121 verkoppelt
ist, gut geeignet, um den Temperaturdrift der Kammerauskleidung
zu eliminieren. In dieser Ausführung
kann der Wärmeverlust
auf den äußeren Träger 131 von dem
Auskleidungsträger 134 durch
Einstellen des Querschnittes und der Länge des äußeren Trägers 131 festgesetzt
werden. Diese Einstellung kann daher derart ausgeführt werden,
dass sie den Wärmeverlustweg
aus dem Auskleidungsträger 134 zu
der temperaturgeregelten oberen Platte 124 regelt.
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Wie
gezeigt ist, wird die Kammerauskleidung 130 ferner eine
thermisch gut leitende Schnittstelle 157 mit dem Blendenring 132 zur
Verfügung
stellen. Um diese gut leitende Schnittstelle zu erreichen, sind der
Blendenring 132, die Kammerauskleidung 130 und
der Auskleidungsträger 134 dadurch
aneinander befestigt, dass eine Vielzahl von Schrauben 150' verwendet wird.
Vorzugsweise sind die Schrauben 150' durch einen Abstandsring 131b,
welcher in einem direkten Kontakt mit dem inneren Ring 132a des
Blendenrings 132 steht, einen Abstandshalter 131a' und die Kammerauskleidung 130 eingesetzt.
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Der
Abstandsring 131b und der Abstandshalter 131a' sind vorzugsweise
aus Aluminium hergestellt und stellen eine gute Oberfläche zum
Aufbringen von Druck auf die Schrauben 150' und die spröden Oberflächen des Blendenrings 132 und
der Kammerauskleidung 130 zur Verfügung. Das bedeutet, weil der
Blendenring 132 vorzugsweise aus einer Keramik besteht,
kann das Aufbringen einer zu großen Kraft mit den Schrauben
direkt auf den Blendenring einen Riss in dem Blendenring oder der
Kammerauskleidung 130 verursachen. Sobald die Schrauben 150' alle entlang
des gesamten Weges um die Kammer herum angezogen worden sind, werden
die Kammerauskleidung, der Blendenring und der Auskleidungsträger (das
heißt
die Verschleißteile)
fertig zur Verwendung in der Ätzkammer 100 für hochdichtes
Plasma aus der 1 sein. Wenn sie hier verwendet
werden, werden diese Teile als Verschleißteile bezeichnet, wenn jedoch
Siliziumkarbid (oder andere alternative Werkstoffe, welche hier
beschrieben werden) für
diese Teile, welche das hochdichte Plasma begrenzen, verwendet wird,
werden diese Teile eine längere
Lebensdauer aufweisen und daher geringere Kosten von Verschleißteilen.
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Wenn
ein Austausch notwendig ist, können diese
Teile schnell durch Ersatzteile ersetzt werden (das heißt durch
Verwendung eines Schnellreinigungskits). Weil der Auskleidungsträger 134 nicht derart
ausgeführt
ist, dass er in einem Kontakt mit dem hochdichten Plasma steht,
kann er nicht so schnell wie die Kammerauskleidung 130 und
der Blendenring 132 verschleißen. Somit kann der Auskleidungsträger 134 von
den verschlissenen Verschleißteilen
(welche off-line gereinigt und erneut verwendet oder entsorgt werden
können)
entfernt werden und dann mit Ersatzverschleißteilen verwendet werden. Wenn
die Kammer bei einer Herstellung verwendet wird, in welcher die
Stillstandszeit der Kammer zu geringeren Ausbeuten führen, wird
die Fähigkeit,
diese Verschleißteile
schnell auszutauschen, den Vorteil aufweisen, dass die mittlere
Zeit, um die Kammer zu reinigen, vermindert wird.
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Die 6 stellt
eine dreidimensionale, zusammengebaute Ansicht der Kammerauskleidung 130,
des Blendenrings 132 und des Auskleidungsträgers 134 in Übereinstimmung
mit einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung dar. Wie gezeigt ist, ist die obere Oberfläche der
oberen Verlängerung 134a des
Auskleidungsträgers 134 mit
einer Vielzahl von Schraubenbohrungen ausgeführt, welche die Heizvorrichtung 140 aufnehmen
werden. Entlang der Wände
des Auskleidungsträgers 134 sind
eine Vielzahl von Schlitzen 152 vorgesehen, welche die
Finger ausbilden, die ausgeführt
sind, um sich in Reaktion auf Temperaturvariationen zu biegen. Eine
Wafereintrittsöffnung 160 wird
in der Wand der Kammerauskleidung 130 ausgebildet, um den
Durchtritt eines Wafers in die Kammer 100 hinein und aus
dieser heraus zu ermöglichen.
Typischerweise wird der Wafer vorzugsweise durch Verwendung eines
Roboterarms in die Kammer hinein überführt, welcher teilweise in die Öffnung 160 hinein
passen muss und den Wafer freigibt, sobald er sich über dem
elektrostatischen Chuck 106 befindet. Daher sollte die Öffnung 160 groß genug
sein, um den Wafer und den Roboterarm aufzunehmen, aber ebenso klein
genug gehalten werden, um nicht das Plasmaprofil über dem
Wafer zu stören.
Wie in der 7 gezeigt ist, ist ein Einsatz
mit einem Schlitz in der Form der Öffnung 160 an die
Außenseite
der Auskleidung angeschlossen. Wie die anderen Verschleißteile kann
der Einsatz aus SiC, Si3N4,
B4C und/oder BN ausgeführt werden.
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Der
Auskleidungsträger 134 umfasst
ferner ebenso Durchgangsbohrungen 162, welche ebenso in
der Kammerauskleidung 130 ausgebildet werden. Die Durchgangsbohrungen 162 können Bohrungen zum
Erfassen des Druckes innerhalb der Kammer während des Prozessierens mit
Sonden umfassen und zum optischen Erfassen des Endpunktes in einem
besonderen Prozess. Ebenso in einem größeren Detail ist eine Vielzahl
von Bohrungen 161 gezeigt, welche dazu verwendet werden,
die Schrauben 144 aufzunehmen, um die Heizvorrichtung 140 nach
unten auf der obere Verlängerung 134a des Auskleidungsträgers 134 zu
halten.
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Die 7 zeigt
eine weitere dreidimensionale Ansicht der Kammerauskleidung 130,
des Auskleidungsträgers 134 und
des Blendenrings 132 zusammengebaut. In dieser Ansicht
ist die Eingangsöffnung 160 in
größerem Detail
gezeigt, welche dazu verwendet wird, einen Wafer zu dem elektrostatischen Chuck 106 durchzuführen. Ebenso
gezeigt sind die Zähne 132b des
Blendenrings 132. Die Zähne 132b erstrecken
sich daher in dichter Nähe
zu dem Fuß 112,
um das Plasma von dem unteren Teil der Kammer abzuschirmen, wie
in der 1 gezeigt ist.
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Die 8 zeigt
in einer Explosionsdarstellung einen Teil der Ätzkammer 100 für hochdichtes Plasma
der 1 in Übereinstimmung
mit einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Diese Ansicht zeigt den Abstandsring 131b,
welcher in der Baugruppe des Blendenringes 132, der Kammerauskleidung 130 und
des Auskleidungsträgers 134 verwendet
wird. Diese Perspektive stellt ebenso dar, wie die Heizvorrichtung 140 über der
oberen Verlängerung 134a des
Auskleidungsträgers 134 aufgebracht
wird. Die Heizvorrichtung 140 ist, wie gezeigt, vorzugsweise
eine gegossene Heizvorrichtung. Selbstverständlich können andere Typen von Heizsystemen
ebenso eingesetzt werden. Wenn die Heizvorrichtung 140 geeignet
befestigt worden ist, wird ein guter thermischer Kontakt mit dem
Auskleidungsträger 134 hergestellt.
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Der
Stromanschluss 142 ist ebenso gezeigt, welcher durch eine
Bohrung 124a in der oberen Platte 124 hindurchtreten
wird. Die obere Platte 124 ist derart gezeigt, dass sie
in der Lage ist, die Gasverteilungsplatte 120 aufzunehmen.
Die Gasverteilungsplatte 120 weist Kanäle 120a auf, welche
ermöglichen,
dass prozessierende Gase, welche durch die Gaszuführöffnungen 126 zugeführt werden,
in die Kammer 100 hinein geleitet werden. Obwohl dies nicht
in diesem Beispiel gezeigt ist, kann dann das keramische Fenster 122 über die
Gasverteilungsplatte 120 abgesenkt werden.
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In
einer vorzuziehenden Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist die Ätzkammer 100 für hochdichtes
Plasma besonders gut zum Ätzen
von Siliziumoxidwerkstoffen geeignet, wie zum Beispiel thermisch
gewachsenes Siliziumdioxid (SiO2), TEOS, PSG,
BPSG, USG (nicht dotiertes Aufschleuderglas), LTO etc., während sie
das Einleiten von ungewollten Kontaminationsstoffen vermeidet. Nur
zum Zwecke der beispielhaften Darstellung, um die Zustände des Plasmas
hoher Dichte in der Kammer 100 zu erreichen, wird der Druck
innerhalb der Kammer vorzugsweise auf unterhalb von rund 80 mTorr
gehalten, und die HF-Spule 128 (das heißt die obere Elektrode) wird
vorzugsweise auf zwischen rund 2500 Watt und rund 400 Watt eingestellt,
und am meisten vorzuziehen auf rund 1500 Watt. Die untere Elektrode 108 (Bodenelektrode)
wird vorzugsweise auf zwischen rund 2500 Watt und rund 700 Watt
gehalten, und am meisten vorzuziehen auf rund 1000 Watt. In typischen
hochdichten Oxidätzprozessen,
werden Prozessgase wie zum Beispiel CHF3,
C2HF5 und/oder C2F6 in die Kammer
hinein eingeleitet, um die gewünschten Ätzcharakteristiken
zu erzeugen.
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Wie
vorhergehend beschrieben worden ist, sind die Werkstoffe, welche
für die
plasmabegrenzenden Teile verwendet werden (zum Beispiel die Verschleißteile,
umfassend die Kammerauskleidung 130, den Blendenring 132,
die GDP 120, den Fokusring 114 und den Fuß 112),
im allgemeinen ungefährlich
für die
Schichten, welche auf dem Wafer 104 hergestellt werden.
Das bedeutet, flüchtige Ätzprodukte, welche
aus dem Ätzen
der Oberflächen
des Wafers 104 resultieren, werden ähnlich zu den flüchtigen Produkten
sein, welche produziert werden, wenn die Verschleißteile mit
den Plasmaenergien beschossen (das heißt gesputtert) werden. Als
ein vorteilhaftes Ergebnis werden sich diese flüchtigen Produkte, welche durch
den Ionenbeschuss der Verschleißteile produziert
werden, den normalen flüchtigen Ätzprodukten
anschließen.
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Dies
erleichtert daher die Entfernung von diesen kombinierten flüchtigen
Produkten aus dem inneren Bereich der Kammer 100 mittels
der Verwendung einer Vakuumpumpe, welche an die Kammer angeschlossen
ist. Aufgrund der Tatsache, dass es möglich ist, diese flüchtigen
Produkte aus den Verschleißteilen
schnell aus dem Bereich der Waferbehandlung zu entfernen, wird ein
wesentlich geringerer Umfang von teilchenförmigen und metallischen Kontaminationsstoffen
die Einrichtungen stören,
welche auf der Oberfläche
des Wafers 104 hergestellt werden. Während diese Erfindung im Wege
von verschiedenen vorzuziehenden Ausführungen beschrieben worden
ist, wird davon ausgegangen, dass der Fachmann nach dem Lesen der
vorhergehenden Beschreibung und dem Studieren der Zeichnungen verschiedene Änderungen,
Hinzufügungen,
Permutationen und Äquivalente
derselben realisieren wird. Daher können, obwohl spezifische Details
mit Bezug auf das Vermindern der Kontaminierung von Halbleiterwafern
zur Verfügung
gestellt werden, solche Vorteile ebenso bei Flachbildschirmsubstraten
und ähnlichem
Anwendung finden. Ferner kann, obwohl ein vorzuziehender Werkstoff
für die
Verschleißteile
reines Siliziumkarbid (SiC) ist, der Werkstoff auch ein mit SiC
beschichteter Werkstoff sein, wie zum Beispiel mit SiC beschichtetes
Graphit oder prinzipiell SiC mit 10 bis 20 Prozent Si, welches hinzugefügt ist, um
die Porosität
in reaktionsgebundenem SiC zu füllen.
Wie ebenso zuvor beschrieben worden ist, können die Verschleißteile auch
aus Werkstoffen, wie zum Beispiel Siliziumnitrit (Si3N4), Borkarbid (B4C) und
Bornitrit (BN) hergestellt werden. Diese Werkstoffe weisen alle
dieselben wünschenswerten
Eigenschaften auf, dass sie einen hohen Ätzwiderstand, nicht verunreinigende
Elemente und flüchtige Ätzprodukte
aufweisen.