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TECHNISCHER BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Plasmaverarbeitungsverfahren zum
Verarbeiten von Substraten, wie zum Beispiel Halbleiterwafer, mit
Plasma.
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HINTERGRUND DES STANDS DER
TECHNIK
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Ein
typischer Prozeß zur
Herstellung einer Halbleitervorrichtung umfaßt einen Dünnfilm-Abscheideprozeß und/oder
einen Ätzprozeß für Halbleiterwafer
(die hinfort als „Wafer" bezeichnet werden) unter
Verwendung von Plasma. Dieser Prozeß wird durch Einführung eines
Prozeßgases
in ein Vakuumgefäß, das einen
Wafer-Auflagetisch hat, und durch Zuführen z. B. von elektromagnetischer
Energie zu dem Prozeßgas
durchgeführt,
um Plasma zu erzeugen.
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Als
Techniken zur Erzeugung des Plasmas durch elektromagnetische Energie
ist ein Verfahren bekannt, welches ECR (Elektron-Zyklotron-Resonanz)
verwendet, das die Wechselwirkung zwischen Mikrowellen und Magnetfeldern
zum Inhalt hat, sowie ICP (Induktiv-gekoppeltes-Plasma), das Induktionsfelder
verwendet, die durch ein Hochfrequenz-Induktionfeld hergestellt werden.
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In
Bezugnahme auf 13, als ein Beispiel für ein konventionelles
Plasmaverarbeitungssystem für
die Plasmaverarbeitung durch ECR, wird im folgenden ein Beispiel
eines Dünnfilm-Abscheideprozeßes beschrieben.
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In 13 wird
eine Mikrowelle von z. B. 2,45 GHz in eine Plasmaherstellungskammer 1A mit
Hilfe eines Wellenleiters 11 zugeführt. Gleichzeitig wird ein magnetisches
Feld über
eine elektromagnetische Spule angelegt, so daß die Intensität des magnetischen
Feldes z. B. 875 Gauß ist,
auf der gestrichelten Linie in 3. Durch
die Wechselwirkung (Resonanz) zwischen der Mikrowelle und dem magnetischen
Feld wird das Plasma mit hoher Dichte von Plasmaerzeugenden Gasen,
z. B. Ar und O2 Gasen, erzeugt. Dieses Plasma
aktiviert ein reaktives Gas, z. B. SiH4 Gas,
das in eine Abscheidekammer 1B eingeführt wurde, um eine aktive Spezies
(Radikale) zu bilden. Diese aktive Spezies führt gleichzeitig das Sprühätzen (Sputter-Ätzen) und
die Abscheidung auf einem Wafer W auf einem Auflagetisch 13 aus.
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Obgleich
das Plasma mit hoher Dichte in einer Gegend entsteht, die dem Wafer
W gegenüber liegt,
existiert ein Plasma mit niedriger Dichte in dem ganzen Vakuumgefäß. Dieses
Plasma mit niedriger Dichte zerstört manchmal einen O-Ring, der
ein Dichtungselement für
das Vakuumgefäß ist, oder Ähnliches,
oder verursacht, daß ein
Film, der sich durch die Reaktion der Prozeßgase an die Wand des Gefäßes angehaftet
hat, gelöst
wird. Daher ist es unmöglich,
die Erzeugung von Partikeln in dem Vakuumsgefäß zu vermeiden.
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Während das
Plasma erzeugt wird, sind die Partikel in dem Plasma enthalten,
da das Plasma leitend ist. Wenn jedoch die Erzeugung von Plasma
gestoppt wird, sinken die Partikel in dem Plasma ab, um sich an
den Wafer W anzuhaften, wie in 14 gezeigt
ist. Insbesondere, wenn der Auflagetisch mit einer elektrostatischen
Halterung für
das Halten des Wafers W versehen ist, wird der Wafer W leicht geladen,
so daß die
Partikel an den Wafer W angezogen werden. Solch eine Adhäsion von
Partikeln an den Wafer muss jedoch so gut wie möglich verhindert werden, da
die Verkleinerung von Schaltungsstrukturen in der Zukunft weiter
fortschreiten wird.
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WO 96/15545 offenbart ein
Plasmaverarbeitungssystem, das ein Vakuumgefäß und einen Auflagetisch, der
in dem Vakuumgefäß vorgesehen
ist, umfaßt.
Ein Prozeßgas
wird dem Vakuumgefäß zugeführt, um
ein Plasma herzustellen; eine Partikel-Ansaugelektrode wird in dem
Vakuumgefäß vorgesehen;
und ein Mittel für
die Spannungsversorgung zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode ist
auch vorgesehen. Ein ähnlicher
Stand der Technik wird in
JP
63 143273 A und
JP
07 099160 A gezeigt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist unter den oben beschriebenen Umständen entstanden,
und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Plasmaverarbeitungsverfahren
bereitzustellen, das fähig
ist, die Adhäsion
der Partikel an ein Substrat zu verhindern und die Ausbeute zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Verarbeiten eines
Substrates nach Anspruch 1 zur Verfügung. Die bevorzugten Ausführungsformen
des Verfahrens werden in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 7 definiert.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in einem Plasmaverarbeitungssystem durchgeführt, das
ein Vakuumgefäß und einen
Auflagetisch, der in dem Vakuumgefäß vorgesehen ist, zum Halten
des Substrats darauf umfaßt,
wobei ein Prozeßgas
in das Vakuumgefäß eingeleitet
wird, um ein Plasma des Prozeßgases
zu erzeugen, um einen Prozeß in
bezug auf das Substrat, das von dem Auflagetisch getragen wird,
mit dem Plasma des Prozeßgases
auszuführen,
wobei das Plasmaverarbeitungssystem weiterhin umfaßt: eine
Partikel-Ansaugelektrode, die in dem Vakuumgefäß vorgesehen ist; und Mittel
zum Anlegen einer Spannung, um eine Spannung an die Elektrode anzulegen,
wobei die Spannung an die Partikel-Ansaugelektrode mit Hilfe der Mittel
zum Anlegen einer Spannung angelegt wird, wenn die Erzeugung des
Plasmas beendet wird.
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Entsprechend
des Plasmaverarbeitungsverfahrens können geladene Partikel an die
Partikel-Ansaugelektrode durch Anlegen einer Spannung an die Partikel-Ansaugelektrode
mit Hilfe der Mittel zum Anlegen einer Spannung angesaugt werden,
wenn die Erzeugung des Plasmas beendet wird. Wenn der Plasmaprozeß daher
mit Bezug auf das Substrat durchgeführt worden ist, ist es möglich, die
Partikel daran zu hindern, an das Substrat anzuhaften, so daß es möglich ist,
die Ausbeute zu verbessern.
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Das
verwendete Plasmaverarbeitungssystem kann weiterhin einen den Auflagetisch
umgebenden Körper
umfassen, der so vorgesehen ist, daß er den Auflagetisch umgibt.
Dieser umgebende Körper hat
eine Oberfläche,
die um eine Auflagefläche
des Auflagetisches herum arrangiert ist, und die Partikel-Ansaugelektrode
ist in der Nähe
der Oberfläche des
umgebenden Körpers
vorgesehen.
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Entsprechend
dieses Plasmaverarbeitungsverfahrens ist es möglich, die Partikel um den
Auflagetisch herum anzusaugen. Es ist auch möglich, die Adhäsion eines
Reaktionsproduktes, das die Herstellung der Partikel verursacht,
um den Auflagetisch herum zu verhindern, so daß es möglich ist, die Reinigungseffizienz
bei der Entfernung des Reaktionsproduktes zu verbessern.
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In
den oben beschriebenen Plasmaverarbeitungssystemen kann mit dem
Anlegen der Spannung an die Partikel-Ansaugelektrode begonnen werden, unmittelbar
bevor die Erzeugung des Plasmas beendet wird. Daher ist es möglich, Partikel,
die herabsinken, wenn das Plasma verschwindet, effizient an die Partikel-Ansaugelektrode
anzusaugen.
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Die
Mittel zum Anlegen einer Spannung können eine positive Spannung
an die Partikel-Ansaugelektrode anlegen. Daher ist das möglich, negativ
geladene Partikel an die Partikel-Ansaugelektrode anzuziehen.
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Das
Verfahren das mit dem Plasma in bezug auf das Substrat ausgeführt wird,
kann ein Dünnfilm-Abscheideprozeß sein oder
ein Ätzprozeß.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung sollte ein Plasmaverarbeitungssystem
zur Verfügung gestellt
werden, das umfaßt:
ein Vakuumgefäß, das eine
erste Vakuumkammer zum Erzeugen eines Plasma darin unter Verwendung
einer Hochfrequenz aufweist, und eine zweite Vakuumkammer, die mit der
ersten Vakuumkammer, in Verbindung steht; Mittel zur Zuführung einer
Hochfrequenz, um die Hochfrequenz zu der ersten Vakuumkammer zuzuführen; Mittel
zur Zuführung
eines Prozeßgases,
um ein Prozeßgas
zu der zweiten Vakuumkammer zuzuführen; und ein Auflagetisch,
der in der zweiten Vakuumkammer vorgesehen ist, zum Halten eines
Substrats darauf, wobei das Plasma des Prozeßgases in der zweiten Vakuumkammer
erzeugt wird, um in bezug auf das Substrat auf dem Auflagetisch
mit dem Plasma des Prozeßgases
einen Prozeß auszuführen, und das
Plasmaverarbeitungssystem weiterhin umfaßt: eine Partikel-Ansaugelektrode,
die in der zweiten Vakuumkammer vorgesehen ist; und Mittel zum Anlegen
einer Spannung, um eine Spannung an die Elektrode anzulegen, wobei
die Spannung an die Partikel-Ansaugelektrode mit Hilfe der Mittel
zum Anlegen einer Spannung angelegt wird, wenn die Erzeugung des
Plasmas beendet wird.
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Bei
dieser Plasmaerzeugung können
die Mittel zum Zuführen
des Prozeßgases
eine Gasöffnung haben,
um das Prozeßgas
in die zweite Vakuumkammer einzuspritzen, und die Partikel-Ansaugelektrode kann
in der Nähe
der Gasöffnung
vorgesehen sein.
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Das
verwendete Plasmaverarbeitungssystem kann weiterhin einen den Auflagetisch
umgebenden Körper
umfassen, der so vorgesehen ist, daß er den Auflagetisch umgibt.
Dieser umgebende Körper hat
eine Oberfläche,
die um die Auflagefläche
des Auflagetisches herum angeordnet ist, und die Partikel-Ansaugelektrode
ist in der Nähe
der Oberfläche des
umgebenden Körpers
vorgesehen.
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In
diesem Plasmaverarbeitungsverfahren kann das Anlegen der Spannung
an die Partikel-Ansaugelektrode begonnen werden, unmittelbar bevor die
Zuführung
der Hochfrequenz mit Hilfe der Mittel zur Zuführung der Hochfrequenz beendet
wird oder wenn die Zuführung
des Prozeßgases
gestoppt wird. Daher ist möglich,
die Partikel, die herabsinken, wenn das Plasma verschwindet, effizient
an die Partikel-Ansaugelektrode anzusaugen.
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Auch
in diesem Fall legen die Mittel zum Anlegen einer Spannung eine
positive Spannung an die Partikel-Ansaugelektrode an. Daher ist
es möglich, die
negativ geladenen Partikel in die Partikel-Ansaugelektrode anzusaugen.
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1 ist
ein Längsschnitt,
der die gesamte Konstruktion eines bevorzugten Plasmaverarbeitungssystems
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Hauptteil des Plasmaverarbeitungssystems von 1 zeigt;
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3 ist
ein Flußdiagramm,
das den Ablauf eines Prozesses in dem Plasmaverarbeitungssystem von 1 zeigt;
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4 ist
eine Darstellung, die den Zustand zeigt, wenn Partikel, die im Plasma
enthalten sind, von einer Elektrode angezogen werden;
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5 ist
eine Darstellung, die zeigt, daß ein ringförmiger Körper einen
dünnen
Film daran hindert, an die Peripherie eines Auflagetisches anzuhaften;
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6 ist
eine Schnittansicht von einem anderen Beispiel eines Auflagetisches;
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7 ist
ein weiteres Beispiel eines Auflagetisches;
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8 ist
ein Grundriß des
Auflagetisches von 7;
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9 ist
ein Schaubild, das die Beziehung zwischen den Spannungen, die zwischen
den Elektroden einer elektrostatischen Halterung angelegt wurden,
und den Wafer-Temperaturen
zeigt;
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10 ist
ein Schaubild, daß die
Variation in der Dickeverteilung in bezug auf die Wafer-Temperaturen
zeigt;
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11 ist
ein Grundriss von einem anderen Beispiel eines Auflagetisches;
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12 ist
ein Grundriss von einem Teil eines weiteren Beispiels eines Auflagetisches;
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13 ist
ein Längsschnitt
von einem konventionellen Plasmaverarbeitungssystem; und
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14 ist
eine Darstellung, die den Zustand zeigt, wenn Partikel, die in dem
Plasma enthalten sind, an einen Wafer in dem konventionellen Plasmaverarbeitungssystem
anhaften.
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1 zeigt
schematisch ein bevorzugtes Plasmaverarbeitungssystem zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Abbildung gezeigt,
hat dieses Plasmaverarbeitungssystem ein Vakuumgefäß 2 aus
z. B. Aluminium. Das Vakuumgefäß 2 umfaßt eine
erste zylindrische Vakuumkammer 21, die in seinem oberen
Teil angeordnet ist, zum Erzeugen von Plasma und eine zweite zylindrische
Vakuumkammer 22, die mit dem Boden der ersten Vakuumkammer 21 in
Verbindung steht. Das Vakuumgefäß 2 ist
geerdet, um ein Nullpotential zu haben.
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Das
obere Ende der ersten Vakuumkammer 21 des Vakuumgefäßes 2 ist
offen. Ein Transmissionsfenster 23 aus einem Mikrowellen-durchlässigem Material,
z. B. Quarz, ist in dem oberen Ende derart luftdicht vorgesehen,
daß es
ein Vakuum in dem Vakuumgefäß 2 hält. Außerhalb
des Transmissionsfensters 23 ist ein Wellenleiter 25 vorgesehen.
Der Wellenleiter 25 ist mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 24 von
z. B. 2,45 GHz verbunden, die als ein Mittel für die Zuführung von Hochfrequenz für die Plasmaerzeugung dient.
Der Wellenleiter 25 ist dazu bestimmt, eine Mikrowelle
zu leiten, die von der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 24 in
z. B. einem TE Modus erzeugt wurde oder um eine Mikrowelle, die
in dem TE Modus geführt
wurde, in einen TM Modus zu konvertieren, um die Mikrowelle von
dem Transmissionsfenster 23 in die erste Vakuumkammer 21 hinein
zu führen.
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In
der Seitenwand, welche die erste Vakuumkammer 21 abgrenzt,
sind Gasdüsen 31 in
regulären Intervallen
entlang z. B. der Peripherie derselben angeordnet. Die Gasdüsen 31 sind
mit Gasquellen (nicht gezeigt), z.B. einer Ar Gasquelle oder einer
O2 Gasquelle, verbunden, so daß Ar Gas
und O2 Gas gleichmäßig zu dem oberen Teil in der
ersten Vakuumkammer 21 zugeführt werden kann.
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In
der zweiten Vakuumkammer 22 ist ein Auflagetisch 4 derart
bereit gestellt, daß er
der ersten Vakuumkammer 21 gegenübersteht. Wie in 2 gezeigt,
umfaßt
der Auflagetisch 4 einen Körper 41 aus z.B. Aluminium
und eine elektrostatische Halterung (Chuck) 42, die auf
dem Körper 41 vorgesehen
ist. Die elektrostatische Halterung 42 umfaßt eine
Platte eines Dielektrikums, z. B. AlN (Aluminiumnitrid), Elektroden 43,
die darauf vorgesehen sind, und eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt),
die in der Platte des Dielektrikums vorgesehen ist. Die Elektroden
sind mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 44 verbunden,
um eine Vorspannung zum Ansaugen der Ionen an einen Wafer W anzulegen,
sowie mit einer Gleichstromquelle 45, um den Wafer W elektrostatisch
zu absorbieren.
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Um
den Auflagetisch 4 herum ist ein ringförmiger Körper 5 vorgesehen,
der als ein den Auflagetisch umschließender Körper zum Umschließen des Auflagetisches 4 dient.
Der ringförmige
Körper 5 wird auf
ein Auflagebein 51 aufgelegt, so daß die obere Fläche des
ringförmigen
Körpers 5 um
die Auflagefläche
des Auflagetisches 4 angeordnet ist. Der ringförmige Körper 5 ist
dafür vorgesehen,
einen Dünnfilm daran
zu hindern, daß er
auf einer Region unter der Auflagefläche des Auflagetisches 4,
d. h. auf der Peripherie und dem unteren Teil des Auflagetisches 4, abgelegt
wird. Die innere Kante des ringförmigen Körpers 5 ist
derart positioniert, daß ein
schmaler Spalt zwischen dem ringförmigen Körper 5 und dem Auflagetisch 5 eingegrenzt
wird, und die äußere Kante
des ringförmigen
Körpers 5 ist
derart positioniert, daß sie
sich leicht außerhalb
einer Plasma-Anstiegs-Region befindet und daß sie verhindert, daß Gas in
dem Vakuumgefäß 2 aufgebraucht
wird.
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Der
ringförmige
Körper 5 ist
aus einem Material gemacht, das schlecht geätzt werden kann, z.B. Al (Aluminium),
AlN (Aluminiumnitrid) oder Al2O3.
Aluminiumnitrid ist als ein Material, das besonders schlecht geätzt werden
kann, besonders bevorzugt. In diesem Fall kann der gesamte ringförmige Körper 5 aus
Aluminiumnitrid hergestellt sein, oder nur sein Oberflächenabschnitt
kann aus Aluminiumnitrid hergestellt sein. In diesem Beispiel ist
der ringförmige Körper 5 aus
Aluminiumnitrid hergestellt, und eine Partikel-Ansaugelektrode 52 aus
einer metallischen Folie ist in der Nähe der Oberfläche des
ringförmigen Körpers 5,
z. B. in einer Tiefe von 0,3 mm von der Oberfläche des ringförmigen Körpers 5,
eingebettet. Die Elektrode 52 hat eine ringförmige Gestalt,
um so den Auflagetisch 4 zu umgeben. Die Elektrode 52 ist an
den positiven Potentialanschluß einer
Gleichstromversorgungsquelle 54, die als ein Mittel zum Anlegen
einer Spannung dient, oder an die Erde mit Hilfe eines Schalterteils 53 angeschlossen.
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Andererseits,
wie in 1 gezeigt, ist in dem oberen Teil der zweiten
Vakuumkammer 22, d. h. in einem Teil der zweiten Vakuumkammer 22,
der mit der ersten Vakuumkammer 21 verbunden ist, ein ringförmiges Abscheidegas-Zuführungsteil 6 vorgesehen.
Das Abscheidegas-Zuführungsteil 6 ist
derart ausgebildet, daß ein
Abscheidegas in eine ringförmige
Gaskammer 61 aus einer Gaszuführungsleitung (nicht gezeigt)
eintritt, um in die zweite Vakuumkammer 22 über einen
Gaseinlass 62 auf der Innenumfangsseite eingespritzt zu
werden. Wie in 2 gezeigt ist, sind in der Innenumfangswand
des Abscheidegas-Zuführungsteils 6 ringförmige Partikel-Ansaugelektroden 63 derart
vorgesehen, daß sie
mit der Vakuumkammer 22 in Kontakt gebracht werden. In diesem
Fall werden die Partikel-Ansaugelektroden 63 in den oberen
und unteren Stufen so zur Verfügung
gestellt, daß sie
auf beiden Seiten des Gaseinlasses 62 angeordnet sind.
Die Elektroden 63 sind an den positiven Potentialanschluß einer
Gleichstromstromversorgung, die als ein Mittel zur Spannungsversorgung
dient, über
ein Schalterteil 64 angeschlossen.
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Wie
in 1 gezeigt, ist in der Nähe des Außenumfangs der Seitenwand,
die die erste Vakuumkammer 21 aufweist, ein Magnetfeld
bildendes Mittel, z. B. eine ringförmige elektromagnetische Hauptspule 26,
angeordnet. Unterhalb der zweiten Vakuumkammer 22 ist eine
ringförmige
elektromagnetische Hilfsspule 27 angeordnet. An dem Boden
der zweiten Vakuumkammer 22 sind Auslaßleitungen 28 angeschlossen
z. B. bei zwei Positionen, die symmetrisch in bezug auf die zentrale
Achse der Vakuumkammer 22 sind.
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Mit
Bezug auf die Blockdiagramme der 1 und 2 und
das Flußdiagramm
der 3 wird im folgenden ein Verfahren zur Bildung
einer Zwischenschicht eines dielektrischen Films (ein Dünnfilm)
aus z. B. einem SiO2-Film auf einem Wafer
W, der als ein Substrat dient, auf dem z. B. eine Aluminiumverdrahtung
mit Hilfe des Bearbeitungssystems mit dem oben beschriebenen Aufbau
gebildet wurde, beschrieben.
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Zuerst
ist ein Einlassventil (nicht gezeigt), das in der Seitenwand des
Vakuumgefäßes 2 vorgesehen
ist, offen, und der Wafer W wird von einer Einlaß-Verschlußkammer (nicht gezeigt) mit
Hilfe eines Transferarms (nicht gezeigt) eingeführt, um auf den Auflagetisch 4 (Schritt
S1 von 3) montiert zu werden.
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Dann
werden eine Mikrowelle, eine Vorspannung, eine elektrostatische
Haltespannung und Gase bereitgestellt, um Plasma herzustellen, um
einen Dünnfilm-Abscheideprozeß auf dem
Wafer W (Schritt S2 der 3) durchzuführen. Insbesondere wird eine
Gleichspannung zwischen den Elektroden 43 der elektrostatischen
Halterung 42 des Auflagetisches 4 angelegt, um
zu bewirken, daß die
Halterung 42 den Wafer W elektrostatisch hält. Anschließend, nachdem
das Einlaßventil
geschlossen ist, um das Vakuumgefäß 2 abzudichten, wird
die innere Atmosphäre über die
Auslaßleitungen 28 abgeführt, um
das Innere des Vakuumgefäßes 2 auf
einen vorbestimmten Grad an Vakuum abzupumpen. Dann werden plasmaerzeugende
Gase, z. B. Ar und O2 Gase, von den Gasdüsen 31 in
die erste Vakuumkammer 21 bei Strömungsraten von jeweils Z. B.
103 sccm und 200 sccm eingeführt.
Zusätzlich
wird ein Abscheidegas, z. B. SiH4 Gas, von
dem Abscheidegas-Zuführungsteil 6 in
die zweite Vakuumkammer 22 bei einer Strömungsrate
von z. B. 72 sccm eingeführt.
Dann wird das Innere des Vakuumgefäßes 2 bei einem vorbestimmten
Prozeßdruck
gehalten. Die Oberflächentemperatur
des Auflagetisches 4 ist auf etwa 300 °C eingestellt.
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Eine
Mikrowelle von 2,45 GHz und 2,0 kW von der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 24 geht
durch den Wellenleiter 25, um die Decke des Vakuumgefäßes 2 zu
erreichen, und geht durch das Transmissionsfenster 23,
um in die erste Vakuumkammer 21 eingeführt zu werden. Durch die elektromagnetischen
Spulen 26 und 27 wird ein Magnetfeld gebildet,
das sich von dem oberen Teil der ersten Vakuumkammer 21 in
Richtung des unteren Teils der zweiten Vakuumkammer 22 erstreckt.
In diesem Fall ist die Intensität
des Magnetfeldes z. B. 875 Gauß in der
Nähe des
unteren Teils der ersten Vakuumkammer 21. So wird durch
die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und der Mikrowelle die
Elektron-Zyklotronresonanz verursacht, so daß Ar und O2 Gase als
Plasma aktiviert und verstärkt
werden. Bei der Verwendung von Ar Gas wird das Plasma stabilisiert.
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Das
Plasma, das aus der ersten Vakuumkammer 21 in die zweite
Vakuumkammer 22 fließt, aktiviert
SiH4 Gas, das dort hinein zugeführt wurde, um
aktive Spezies zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Vorspannung
von 13,56 MHz und 1,5 kW an den Auflagetisch 4 mit Hilfe
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 44 angelegt. Durch diese
Vorspannung werden Ionen an den Wafer W angezogen, um mit den aktiven
Spezies und dem Plasma aus O2 Gas zu reagieren
und einen SiO2 Film auf den Wafer W abzuscheiden.
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Während die
Abscheidung so ausgeführt wird,
werden die Schalterteile 53 und 64 zur Erde geschaltet,
so daß keine
Spannung an den Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 anliegt.
Unmittelbar bevor die Abscheidung beendet ist, z. B. 1 bis 2 Sekunden bevor
die Abscheidung beendet ist, werden die Schalterteile 53 und 64 jeweils
an die Gleichstromquellen 54 und 65 geschaltet,
so daß eine
positive Spannung an den Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 (Schritt
S3 von 3), anliegt. Da die Geschwindigkeit von Elektronen
im Plasma höher
ist als die von Ionen darin, ist die Anzahl der Elektronen, die
in ein Material im Plasma eindringen, größer als die von Ionen. Aus
diesem Grund sind Partikel im Plasma negativ geladen. Daher werden
die negativ geladenen Partikel, wie in 4 gezeigt,
an die Elektroden 52 und 63, an die die positive
Spannung angelegt worden ist, gesaugt.
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Wenn
die positive Spannung an die Elektrode 52, die in dem ringförmigen Körper 5 eingebettet ist,
angelegt worden ist, dient das Dielektrikum (in diesem Beispiel
Aluminiumnitrid), das auf der Elektrode 52 gebildet wurde,
sozusagen als ein Kondensator. Daher werden die negativ geladenen
Partikel, unmittelbar nachdem die positive Spannung an die Elektrode 52 angelegt
wurde, an den Kondensator gesaugt. Daher wirkt die partikelansaugende
Funktion der Elektrode 52 nur für eine kurze Zeit. Deshalb liegt
der Zeitpunkt zum Anlegen der positiven Spannung an die Elektrode 52 bevorzugt
unmittelbar bevor die Erzeugung von Plasma gestoppt wurde, insbesondere
1 bis 2 Sekunden bevor die Zuführung des
Abscheidegases gestoppt wurde oder bevor die Zuführung der Mikrowelle gestoppt
wurde. Obgleich die Partikel, die im Plasma enthalten sind, absinken, wenn
das Plasma verschwindet, werden die Partikel im Hinblick auf die
möglichst
weitgehende Verhinderung des Absinkens der Partikel zu dem Wafer
W bevorzugt angesaugt, wenn sie herabsinken.
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Da
die Elektroden 63, die in dem Abscheidegas-Zuführungsteil 6 vorgesehen
sind, zu Beginn frei liegen, haben die Elektroden 63 immer
die Partikel-Ansaugfunktion, sobald die positive Spannung daran
angelegt wird. Nachdem jedoch der Abscheideprozeß wiederholt wurde, wird auch
ein Dünnfilm von
SiO2 auf die Oberfläche der Elektroden 63 abgeschieden.
Da dieser Dünnfilm
dielektrisch ist, wirkt er als ein Kondensator. Daher liegt der
Zeitpunkt des Anlegens der positiven Spannung unmittelbar bevor die
Erzeugung von Plasma gestoppt wird.
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Dann
werden die Hochfrequenz-Stromversorgungseinheiten 24, 44 und
die Gleichstromquelle 45 ausgeschaltet, um die Erzeugung
von Mikrowellen und das Anlegen der Vorspannung und der elektrostatischen
Haltespannungen zu stoppen und die Zuführung von Ar, O2 und
SiH4 Gasen wird gestoppt, um die Abscheidung
(Schritt S4 von 3) zu beenden. Nachdem die Abscheidung
beendet ist, werden die Schalterteile 53 und 64 zu
einem geeigneten Zeitpunkt geschaltet, um die Elektroden 52 und 63 mit der
Erde zu verbinden, damit die Kondensatoren der Elektroden 52 und 63 (Schritt
S5 von 3) entladen werden.
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Danach
wird der Wafer W von der zweiten Vakuumkammer 22 zu der
Lade-Verschlußkammer (nicht
gezeigt) (Schritt S6 von 3) überführt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn
die Anzahl der verarbeiteten Wafer nicht eine vorgegebene Anzahl
erreicht (Schritt S7 von 3), wird ein Abscheideprozeß auf den
nächsten
Wafer W in der gleichen Art (Schritte S1 bis S6 von 3)
ausgeführt.
Wenn andererseits die Anzahl der verarbeiteten Wafer die vorgegebene Anzahl
erreicht (Schritt S7 von 3), wird das Innere des Vakuumgefäßes 2 gereinigt
(Schritt S8 von 3). Weil es erforderlich ist,
durch Entfernen des Films die Erzeugung von Partikeln zu verhindern,
da der Film auf der Oberfläche
des Wafer W sowie auf der inneren Wand des Vakuumgefäßes 2 und
der Oberfläche
des ringförmigen
Körpers 5 abgeschieden
wird, wenn der Film auf dem Wafer W abgeschieden wird. Insbesondere
wird Plasma unter Verwendung von z. B. N2 und
NF3 Gasen hergestellt, um den Dünnfilm in
dem Vakuumgefäß 2 zu ätzen und
zu entfernen.
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Sobald
die Reinigung (Batch-Reinigung) ausgeführt worden ist, wenn die Anzahl
der Prozesse die vorgegebene Anzahl überschritten hat, kann eine Reinigung
jedes Wafers ausgeführt
werden, d. h. eine Reinigung kann zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein beschichteter
Wafer aus dem Gefäß 2 herausgenommen
worden ist, sequentiell ausgeführt
werden. In dem letzteren Fall ist es nicht erforderlich, den Schritt der
Bestimmung, ob die Anzahl der Prozesse die vorgegebene Anzahl überschreitet
(Schritt S7 von 3), auszuführen.
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In
einem konventionellen Plasmaverarbeitungssystem, das keinen ringförmigen Körper 5 hat, wird
ein Dünnfilm
(Reaktionsprodukt) in den Gegenden abgeschieden, die den Auflagetisch 4 umgeben und
unter ihm sind, wie durch die gepunkteten Linien von 5 gezeigt
wird. Da jedoch in diesem bevorzugten System der ringförmige Körper (der
den Auflagetisch umgebende Körper) 5,
der den Auflagetisch umgibt, vorgesehen wird, wird die Abscheidung
auf der Gegend, die durch die gepunkteten Linien von 5 gezeigt
wird, verhindert, so daß die
Abscheidung hauptsächlich
auf der Oberfläche
des ringförmigen
Körpers 5 ausgeführt wird.
Obgleich das Plasma Schwierigkeiten hat, die Gegenden, die den Auflagetisch 4 umgeben
und darunter sind, zu erreichen, um den Dünnfilm zu entfernen, kontaktiert
die Oberfläche
des ringförmigen
Körpers 5 das
Plasma ausreichend, so daß der
Dünnfilm
leicht entfernt wird. Da der ringförmige Körper 5 aus Aluminiumnitrid
hergestellt ist, ist er schwer ätzbar
und hat eine lange Lebensdauer.
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Die
obere Fläche
des ringförmigen
Körpers 5 ist
derart geformt daß sie
eine horizontale Ebene bildet, um Plasma zu stabilisieren. Der Grund
hierfür
ist, daß dann,
wenn die Oberseite des ringförmigen
Körpers 5 geneigt
ist, so daß sie
z. B. in Richtung des inneren oder äußeren Umfangs ansteigt, das
obere Ende auf der ansteigenden Seite scharfkantig ist, so daß dort die
Möglichkeit
besteht, daß Plasma
darauf konzentriert wird, um eine abnormale Entladung zu verursachen.
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Obgleich
die Partikel, die sich in dem leitenden Plasma befinden, freigesetzt
werden, wenn die Herstellung von Plasma beendet ist, können die
freigesetzten Partikel an die Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 angesaugt
werden, wie oben beschrieben, entsprechend dem bevorzugten System
zur Ausführung
des Verfahrens mit dem oben beschriebenen Aufbau. Somit ist es möglich, die
Anzahl der Partikel zu senken, die zu dem Wafer W absinken und/oder an
den Wafer W angezogen werden. Wenn der Wafer W mit dem Plasma verarbeitet
wird, ist es daher möglich,
die Partikel am Anhaften an den Wafer W zu hindern, um die Ausbeute
zu verbessern. Da der Dünnfilm
(Reaktionsprodukt) am Anhaften an die Umgebung des Auflagetisches 4 gehindert
wird, wird die Reinigungszeit, die erforderlich ist, um den Dünnfilm zu
entfernen, verkürzt,
so daß die
Reinigungseffizienz verbessert wird.
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[Versuchsergebnisse]
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Die
Ergebnisse eines vergleichenden Experimentes, das ausgeführt wurde,
um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu untersuchen, wird unten beschrieben
werden.
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In
diesem Experiment wurde ein SiO2 Film auf
einem Wafer, der eine Größe von ungefähr 20 cm (8
Inch) hat, anhand der oben beschriebenen Prozeßbedingungen gebildet, und
die Anzahl der Partikel, die mit den Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 an
der Oberfläche
des Wafers anhaften, wurden mit derjenigen ohne die Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 verglichen.
Die Partikel mit einer Größe von 0,2 μm oder mehr
wurden gezählt.
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Insbesondere,
wenn die Erzeugung des Plasmas beendet wurde, während die Elektroden 52 und 63 mit
der Erde verbunden waren, d. h. ohne Verwendung der Elektroden 52 und 63,
und wenn eine Sekunde, bevor die Erzeugung des Plasmas beendet war,
eine positive Ladung an die Elektroden 52 und 63 angelegt
war, wurden die Experimente ausgeführt. Wenn eine positive Ladung
an die Elektroden 52 und 63 angelegt war, wurden
die Experimente in bezug auf zwei Arten von Spannungen von 0,6 kV und
1,0 kV ausgeführt.
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Wenn
die Partikel-Ansaugelektroden 52 und 63 nicht
verwendet wurden, überschritt
als ein Resultat die Anzahl der Partikel die 50. Wenn andererseits eine
positive Spannung von 0,6 kV oder 1,0 kV angelegt war, war die Anzahl
der Partikel 10 oder weniger. So wurde es bestätigt, daß die Partikel
vom Anhaften an den Wafer gehindert wurden, entsprechend der oben
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung können
die Partikel-Ansaugelektroden auf der inneren Wand des Vakuumgefäßes 2 vorgesehen
sein, oder sie können
der Oberfläche
des ringförmigen Körpers 5 ausgesetzt
sein, ohne eingebettet zu sein. Obwohl der ringförmige Körper 5 als der den
Auflagetisch umgebende Körper
verwendet wurde, kann ein Element, das eine andere Form hat, verwendet
werden, so lange es den Auflagetisch 4 umgibt.
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Das
Plasmaverarbeitungssystem, das für den
Prozeß verwendet
wird, sollte nicht auf die oben beschriebene ECR begrenzt werden.
Der Prozeß sollte
nicht auf den oben beschriebenen Dünnfilm-Abscheideprozeß begrenzt
werden. Zum Beispiel kann der Plasmaprozeß auf das Ätzen oder ähnliches angewendet werden.
Wenn zum Beispiel geätzt
wird, selbst wenn die Partikel-Ansaugelektroden in dem Vakuumgefäß exponiert
sind, erfolgt keine Abscheidung auf ihrer Oberfläche. Daher muß die positive
Spannung an die Partikel-Ansaugelektroden angelegt
werden, unmittelbar bevor die Erzeugung des Plasmas beendet wird.
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[Bevorzugte Konstruktion des Auflagetisches
zur Verwendung in einem anspruchsgemäßen Verfahren]
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Eine
bevorzugte Struktur des Auflagetisches 4 wird unten beschrieben.
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Der
Körper 41 des
Auflagetisches 4, der in 6 gezeigt
ist, bildet einen Kühlmantel,
in dem eine Kühlmittelpassage
(nicht gezeigt) gebildet ist. Obgleich der Wafer W geheizt wird,
wenn das Plasma erzeugt wird, wird deshalb diese Wärme auf
den Körper 41 mit
Hilfe der elektrostatischen Halterung 42 abgestrahlt. Da
der Wafer W in eine Vakuumatmosphäre eingebracht wird, wird der
Grad der Strahlung durch den Grad des Kontaktes des Wafers W mit
der Oberfläche
der elektrostatischen Halterung 42 gesteuert. Daher kann
die Temperatur des Wafers W z. B. durch Einstellen der Haltekraft
der elektrostatischen Halterung 42 gesteuert werden.
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In
dem Beispiel von 6 umfaßt die elektrostatische Halteelektrode 43 eine
ringförmige
Elektrode 43A, die im Inneren angeordnet ist, und eine ringförmige Elektrode 43B,
die konzentrisch außerhalb
der Elektrode 43A angeordnet ist. Eine Gleichstromspannung
wird zwischen den Elektroden 43A und 43B mit Hilfe
der Gleichstromquelle 45 (Schaltkreisteile sind einfach
gezeigt) angelegt. Die äußere Kante
der äußeren Elektrode 43B ist
außerhalb
der äußeren Kante
des Wafers W mit einem Abstand von 2 mm oder mehr, z. B. 3 mm, angeordnet.
Mit anderen Worten, der äußere Durchmesser
der äußeren Elektrode 43B ist
um 4 mm oder mehr größer als
der Durchmesser des Wafers W. Das heißt, die Abmessung M in 6 beträgt 2 mm
oder mehr.
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Wenn
der Auflagetisch 4 so konstruiert wird, ergeben sich die
folgenden Vorteile. Um die elektrostatische Halterung zu bilden,
ist die Außenseite
der Oberfläche
des Dielektrikums 40 aufgrund des Konstruktionsprozesses
etwas niedriger. Daher ist die äußere Kante
der Elektrode 43 (die äußere Kante
der äußeren Elektrode 43B in
dem oben beschriebenen Beispiel) außerhalb des Wafers W angeordnet,
so daß eine
ausreichende Haltekraft auch an der äußeren Kante des Wafers W anliegt.
So wird das Festhalten zwischen dem Wafer W und der elektrostatischen Halterung 42 gleichförmig über die
gesamte Oberfläche
des Wafers W ausgeführt,
so daß die
Wärme der gesamten
Oberfläche
des Wafers W gleichförmig
abgestrahlt wird. Daher ist es möglich,
wenn es mit einem Fall verglichen wird, wo die äußere Kante der Elektrode 43 innerhalb
des Wafers W angeordnet ist, eine hohe Gleichförmigkeit der Temperatur auf
gleicher Ebene bis zu der äußeren Kante
des Wafers W zu garantieren. Selbst wenn daher ein für Bauteile vorgesehenes
Gebiet auf dem Wafer sich nach außen erstreckt, können die
Strukturen geeignet eingebettet werden.
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In
bezug auf einen Wafer W, der eine Größe von etwa 20 cm (8 Inch)
hat, wurden Experimente zum Füllen
einer Rille, die eine Weite von 0,8 μm hat, durch Variieren des äußeren Durchmessers
der Elektrode 43 ausgeführt.
Wenn die Extrusionsabmessung M (6) der Elektrode 43 in
bezug auf den Wafer W –3
mm (die äußere Kante
der Elektrode 43 war innerhalb der äußeren Kante des Wafers W angeordnet) und
0 mm war, hatten die Rillen, die gefüllt werden konnten, als Resultat
Seitenverhältnisse
von jeweils 1 und 2. Andererseits, wenn die Abmessung M 3 mm oder
mehr war, hatte eine Rille, die gefüllt werden konnte, Seitenverhältnisse
von 3.
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Es
gilt, daß dieses
Resultat auf der Tatsache beruht, daß dann, wenn der äußere Durchmesser
der Elektrode 43 gleich dem des Wafers W oder kleiner ist,
die elektrostatische Haltekraft des äußeren Kantenabschnitts des
Wafers W geschwächt
ist, so daß sich
Wärmeabstrahlung
des Wafers W verschlechtert, so daß sich die Einbettungscharakteristika
der Strukturen verschlechtern.
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Die äußere Kante
des Dielektrikums 40 ist vorzugsweise außerhalb
der äußeren Kante
der Elektrode 43 angeordnet und ihre Extrusionsabmessung
L (6) ist vorzugsweise 30 mm oder mehr. Der Grund
hierfür
ist, daß die
elektrischen Felder auf die Ecken der äußeren Kante der oberen Fläche des Dielektrikums 40 konzentriert
sind, um eine abnormale Entladung zu verursachten, um die Erzeugung der
Partikel zu bewirken, da ein Teil des Dielektrikums 40 außerhalb
der Elektrode 43 als ein Kondensator wirkt. Das bedeutet,
daß die äußere Kante
des Dielektrikums 40 von der Elektrode 43 entfernt
ist, um die Konzentration der elektrischen Felder abzuschwächen, so
daß es
schwierig ist, eine abnormale Entladung zu verursachen.
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7 und 8 zeigen
ein anderes Beispiel eines Auflagetisches 4. In diesem
Beispiel werden Irregularitäten
in dem zentralen Bereich der Oberfläche des Dielektrikums 40 gebildet
und keine Irregularitäten
auf dem Umfangsabschnitt der Oberfläche des Dielektrikums 40,
so daß die
gesamte Oberfläche
des Wafers W das Dielektrikum kontaktiert. In 7 ist
die Tiefe der Rille in der Abbildung aus praktischen Gründen größer dargestellt,
obgleich die tatsächliche
Tiefe eines vertieften Teiles (Rille) so eingestellt ist, daß sie z.
B. ungefähr
50 mm beträgt.
In 8 korrespondiert ein kreisförmiger Bereich (Bezugszeichen 7),
der in dem zentralen Bereich als Gitter dargestellt wird, mit einem
Bereich, auf dem die Irregularitäten
von 7 gebildet sind. Unter der Annahme, daß dieser
Bereich als Irregularitätsbereich 7 bezeichnet
wird, ist in dem Fall eines Auflagetisches für einen 8-Inch (ungefähr 20 cm)
Wafer der Durchmesser des Dielektrikums 40 205 mm, und
der Durchmesser des Irregularitätsbereichs 7 ist
150 mm.
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Wenn
der Auflagetisch 4 derart aufgebaut ist, werden die unten
beschriebenen Vorteile erreicht.
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Um
zum Beispiel die Qualität
eines dielektrischen Zwischenschichtfilms zu verbessern, ist es
beobachtet worden, daß ein
SiOF-Film anstelle eines SiO2-Films eingesetzt
wurde. Wenn ein SiOF-Film durch ein ECR-System unter Verwendung
von SiF4 und O2 Gasen
abgeschieden wurde, ist eine Prozeßtemperatur zum Beispiel 350 °C, was höher ist
als die Prozeßtemperatur
(z. B. 250 °C),
wenn ein SiO2-Film abgeschieden wird. Wie
oben beschrieben, wird die Temperatur des Wafers W z. B. durch Einstellen
der Haltekraft der elektrostatischen Halterung 42 gesteuert.
Die Erhöhung
der Temperatur des Wafers W dient dazu, die Haltekraft der elektrostatischen
Halterung 42 abzuschwächen,
d. h. um die Spannung, die zwischen den Elektroden 43 und 43 angelegt
ist, zu senken. 9 zeigt schematisch ein Beispiel
der Beziehung zwischen der elektrostatischen Haltespannung, d. h.
der Spannung, die zwischen den Elektroden 43 und 43 angelegt
ist, und der Temperatur des Wafers W. In dem Beispiel, das in 9 gezeigt
ist, wird die Spannung von 1,6 kV auf 0,5 kV gesenkt, um die Wafertemperatur
von 250 °C
auf 350 °C
zu erhöhen.
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Wie
oben beschrieben, tendiert die Höhe
des Umfangs des Dielektrikums 40 zum Absenken und der Wafer
W ist leicht gekrümmt.
Wenn daher die Haltekraft der gesamten elektrostatischen Halterung 42 geschwächt ist,
verringert sich besonders der Grad des Flächenkontaktes in dem Umfangsbereich des
Wafers W. Aus diesem Grund ist die Temperatur des Unfangsbereichs
des Wafers W höher
als jene des zentralen Teils desselben, so daß sich auf gleicher Ebene die
Gleichmäßigkeit
der Dicke des Films verschlechtert.
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10 zeigt
die untersuchten Resultate der Beziehung zwischen der Position eines
SiO2-Films auf einem Wafer (die Entfernung
von dem Zentrum) und der Dicke des Films, wenn der SiO2-Film
auf einem üblichen
Auflagetisch bei Prozeßtemperaturen von
(a) 264 °C
und (b) 360 °C
abgeschieden wurde. Aus den Resultaten kann man erkennen, daß in dem Fall
(b) der höheren
Prozeßtemperatur
die Dicke des Umfangsbereichs des Wafers geringer ist als die seines
zentralen Teils, und die Temperatur des Umfangsbereichs ist höher (weil
die Abscheiderate und die Dicke abnehmen, wenn sich die Temperatur
in diesem Dünnfilm-Abscheideprozeß erhöht).
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Wenn
daher die Kontaktfläche
des Umfangsbereichs des Wafers W mit dem Auflagetisch 4 größer ist
als jene des zentralen Teils, wie bei diesem Beispiel, können die
Grade des Kontakts des Unfangsbereichs und des zentralen Teils des
Wafers W mit Hinsicht auf die Oberfläche des Auflagetisches 4 (das
Dielektrikum 42) gleich sein. Als ein Resultat kann eine
gleichmäßige Wärmeübertragung
auf der gesamten Oberfläche
des Wafers W erreicht werden. Daher kann die Gleichmäßigkeit
der Temperatur innerhalb der Ebene des Wafers W verbessert werden, so
daß die
Gleichmäßigkeit
der Filmdicke innerhalb der Ebene des Wafers W verbessert werden
kann.
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Als
ein Beispiel von solch einem Auflagetisch 4 können radiale
Rillen 71, die sich von dem zentralen Teil des Auflagetisches 4 (das
Dielektrikum 42) zu seinem Umfang erstrecken, wie in 11 gezeigt, gebildet
werden, so daß die
Kontaktfläche
des Umfangsbereichs größer ist
als jene des zentralen Teils. In Übereinstimmung mit den Verhältnissen
kann die Kontaktfläche
des Umfangsbereichs des Wafers W geringer sein als jene des zentralen
Teils desselben, im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Beispiel.
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Wenn
auf der Oberfläche
des Wafers W sich Irregularitäten
gebildet haben, besteht ein Vorteil darin, daß der Wafer W leicht von der
elektrostatischen Halterung 42 gelöst werden kann, zusätzlich zu
dem Vorteil, daß die
Kontaktfläche
gesteuert werden kann, wie oben beschrieben. Daher können in
Hinsicht auf den vorigen Vorteil Irregularitäten auf der Oberfläche des
Auflagetisches 4 gebildet werden, so daß die Kontaktfläche einheitlich
auf der Oberfläche des
Wafers W ist. In diesem Falle können
zum Beispiel quadratische Vorsprünge 73 als
Inseln gebildet werden, dadurch, daß gitterähnliche Rillen 72,
wie in 12 gezeigt, gebildet werden.
Die Länge
P von einer Seite der quadratischen Vorsprünge 73 ist 1,8 mm,
die Breite Q der Rille 72 ist 1,2 mm und die Tiefe der
Rille 72 ist 0,5 mm, als ein Beispiel.