DE69535114T2

DE69535114T2 - Kammer für CVD-Behandlungen

Info

Publication number: DE69535114T2
Application number: DE69535114T
Authority: DE
Inventors: Jun Milpitas Zhao; Tom San Francisco Cho; Charles Fremont Dornfest; Stefan Sunnyvale Wolff; Kevin Saratoga Fairbairn; Xin Sheng Mountain View Guo; Alex Santa Clara Schreiber; John M. Hayward White
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: EP1041171A1; KR960019503A; EP1046729B1; US5558717A; EP1046729A1; DE69523412T2; EP1041171B1; DE69523412D1; JPH08227859A; EP0714998A2; EP0714998A3; EP0714998B1; KR100279487B1; DE69535114D1; DE69533928T2; DE69533928D1; US5853607A

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet von Vakuum-Bearbeitungskammern, die in der Halbleiterindustrie weit verbreitet verwendet werden, und insbesondere CVD-Bearbeitungskammern, die verwendet werden, um dielektrische, Metall- oder Halbleiterschichten auf Halbleitersubstraten unter Verwendung eines plasmaverstärkten chemischen Gasphasenabscheide-(PECVD-) Prozesses abzuscheiden.
Der Prozess eines Abscheidens von Schichten auf einem Halbleiterwafer (oder -substrat) bringt gewöhnlicherweise ein Erwärmen des Substrats und ein Halten desselben in einer kurzen Entfernung von der Quelle eines Stroms von Abscheide- (oder Prozess-) Gas mit sich, das zu dem Substrat hin strömt, wobei es in einen Plasmazustand angeregt ist.
Ein nicht-gleichförmiges Gasströmungsmuster verursacht unerwünschte Variationen in der Gleichförmigkeit der Beschichtungsschicht, die über der Oberfläche des Wafers abgeschieden ist.
Typischerweise führt die Abgasanschlussöffnung, die von der Bearbeitungskammer zu der Vakuumpumpe verläuft, zu einer Asymmetrie in dem Gasströmungsmuster. In einem Versuch, die Symmetrie wiederherzustellen, stellen viele Auslegungen einen Pumpkanal bereit, der den Wafer umgibt. Jedoch ist in vielen Konfigurationen eine Symmetrie nicht möglich, weil eine vollständige Umschließung des Wafers aufgrund von störenden Strukturen nicht möglich ist, z.B. der Wafer-Einführungsöffnung, durch welche ein Roboterarm den Wafer in die Kammer führt. Derartige Kammern mit einer mechanischen Asymmetrie können eine ausreichend hohe Gasströmungssymmetrie, wie sie auf dem Wafer erwünscht wäre, nicht erreichen.
Die Konfiguration des Kanals und sein Mangel an Symmetrie um das Zentrum des Wafers, der verarbeitet wird, herum schränken die Stelle, an welcher die Öffnungen platziert werden können, ein und begrenzen die Auslegung aufgrund des Bedarfs, andere Strukturen und Durchführungen in der Kammer zu vermeiden, z.B. die Wafer-Einführungs- und -Entfernungsöffnung und seinen Pfad in die Kammer und aus ihr heraus. Unter vielen Umständen sind die Öffnungen in dem Pumpkanal in der Kammer an Stellen konfiguriert, die einen weniger idealen Gasströmungsbereich von der Gasverteilungsplatte zu dem Pumpkanal bereitstellen. Eine größere Abscheidung findet statt, wo die größte Anzahl von Molekülen die Substratoberfläche kontaktiert, d.h. um die Vakuumöffnungen herum. Die Prozessgasströmung, die aus einer derartigen Konfiguration herrührt, schließt kleine, aber messbare Variationen in der Dicke des Materials ein, das auf dem Wafer abgeschieden wird.
Um die Abscheidung auf einem Substrat zu unterstützen, wird der Substrat-Haltesockel (Aufnehmer) erwärmt. Ein Erwärmen wird benötigt, um eine Reaktionsenergie bereitzustellen, damit die dielektrische Abscheidereaktion auftritt.
Während einer CVD-Bearbeitung würde sich injiziertes Prozessgas idealerweise nur auf der Substratoberfläche abscheiden; jedoch verpassen in der Wirklichkeit manche Gasmoleküle die Substratoberfläche und scheiden sich auf den Bearbeitungskammeroberflächen anstelle auf der Oberfläche des Substrats ab. Sämtliche Kammeroberflächen innerhalb der Bearbeitungskammer sind einer Beschichtung durch die Bestandteile des Abscheidungsgases unterworfen.
Wenn der Aufbau von Oberflächenabscheidungen auf der Innenseite der Bearbeitungskammeroberflächen zu dick wird, können Flocken oder Partikel abgeschiedenen Materials von der Oberfläche der Kammer auf das Substrat, das verarbeitet wird, fallen, wodurch ein Defekt potenziell herbeigeführt wird. Um dieses Problem zu vermeiden, werden die inneren Oberflächen der Bearbeitungskammer periodisch durch ein Ätzen (Plasmaätzen) ihrer Oberflächen mit einem Fluorgas gereinigt, um das dielektrische Material, das durch das Abscheidungsgas abgeschieden ist, zu entfernen.
Es ist schwierig, die Oberflächen-Beschichtungsbedingungen innerhalb der Kammer abzuschätzen. Dies macht es schwierig zu erfassen, wann die Dicke der Beschichtung auf der Innenoberfläche der Bearbeitungskammer zu einem Punkt aufgebaut ist, wo ein Reinigen durchgeführt werden muss. Ein Bestimmen eines optimalen Punktes, wo eine Reinigung notwendig ist, ist ein Prozess aus Versuch und Irrtum, der einen Verlass auf historische Daten anstelle einer direkten Messung oder Beobachtung erfordert. Eine Optimierung bringt ein Ausdehnen der Zeit zwischen den Reinigungen so weit wie möglich mit sich, ohne Defekte einzuführen. Ein Reinigen stört eine normale Produktionsverarbeitung.
Erosion, Abrieb und Knollenwachstum auf der eloxierten Aluminium-Sockeloberfläche findet in der Kammer statt, da die poröse und manchmal nicht gleichförmige eloxierte Schicht auf den Oberflächen des Aufnehmers wiederholt rauen Bedingungen ausgesetzt ist, die während einer Waferbearbeitung und während eines chemischen Reinigens vorhanden sind. Überdies können Variationen in der Qualität einer Eloxierung oder einer anderen korrosionsbeständigen Beschichtung auf dem Aufnehmer zu unerwünschten Unterschieden in den elektrischen und chemischen (isolierenden) Eigenschaften über den Aufnehmer führen, die unerwünschte Variationen in dem Plasma verursachen können, die zu einer nicht-gleichförmigen Abscheidung auf der Wafer-(Substrat-) Oberfläche beitragen können.
Bloße Aluminiumoberflächen können auch für den Aufnehmer verwendet werden, jedoch sind derartige Oberflächen Fluorin-Gasangriffen unterworfen, die zu einem Aluminiumfluorid-(AIF)-Filmwachstum führen, was dazu führt, dass die Prozessparameter driften. Um den Prozess wiederherzustellen, wird die Oberfläche des Aufnehmers oft abgeschabt. Der Aluminiumfluoridfilm ist einem Brechen und Abschälen unterworfen, was eine Partikelverunreinigung herbeiführt.
An einem Punkt in der Vakuumleitung zwischen der Kammer und der Vakuumpumpe ist ein Vakuumabsperrventil bereitgestellt, welches, wenn es geschlossen ist, als eine Begrenzung des Bearbeitungskammereinschlusses wirkt. Flüchtige Verunreinigungen, die in ihrem Dampfzustand unter den hohen Temperaturen einer aktiven Bearbeitungskammer aufrechterhalten werden, können und werden unerwünscht auf den Wänden der kühlen Vakuumröhren einige Entfernung von dem Bearbeitungsgebiet der Bearbeitungskammer, aber noch innerhalb der Einschlussgrenze der Bearbeitungskammer, die durch das Vakuumventil definiert ist, kondensieren. Während Bedingungen ohne Strömung können diese Verunreinigungen zurück in den Bearbeitungsteil der Kammer migrieren, um in unerwünschter Weise zu ihrer Verunreinigung beizutragen.
Andere Quellen einer Verunreinigung in der herkömmlichen Auslegung sind elektrische Verbinder und mit Gewinde versehene mechanische Befestigungselemente innerhalb der Bearbeitungskammer-Vakuumumgebung. Ein Drehen und Befestigen der mit Gewinde versehenen Befestigungselemente oder eine Bogenbildung an den elektrischen Verbindern erzeugt Verunreinigungen, die ihren Weg zu dem Substrat finden können und es verunreinigen. Um den Effekt einer Verunreinigung bei der tatsächlichen Prozesseinstellung zu minimieren, ist eine Prozedur, die oft verwendet wird, nachdem eine Bearbeitungskammer wieder zusammengebaut worden ist, die, einen großen Satz von Probenwafern (beispielsweise zehn, zwanzig oder dreißig) zu verarbeiten, bis Messungen zeigen, dass sich die Prozessbedingungen in der Bearbeitungskammer stabilisiert haben und dass jedwede Verunreinigungen, die als eine Folge des Auseinanderbauens und Wiederzusammenbauens der Bearbeitungskammer eingeführt wurden, eliminiert worden sind. Diese Prozedur verlängert in unerwünschter Weise die Zeit, die benötigt wird, um eine normale Bearbeitung zu beginnen, sobald eine Kammer wieder zusammengebaut worden ist.
Eine Eliminierung der Faktoren, die zu Nicht-Gleichförmigkeiten in einer Materialabscheidung und einer Verunreinigung oder möglichen Verunreinigung beitragen, ist wünschenswert.
US 5 366 585 zeigt eine Plasma-Bearbeitungs-Kammer mit einer Auskleidung, die aus Keramik besteht.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die Probleme des oben beschriebenen Standes der Technik zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 und weiter durch das Verfahren nach unabhängigem Anspruch 5 gelöst.
Weiter Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen offensichtlich.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, die beinhaltet: eine Vakuumbearbeitungskammer zum Bearbeiten eines Substrats; eine Substrathalterung zum Halten des Substrats an einem Substrat-Bearbeitungsort in der Vakuumbearbeitungskammer; ein Gaseinlass zum Bereitstellen von Bearbeitungsgas in die Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des Substrats; wobei die Kammer eine oder mehrere Öffnungen in der inneren Kammerfläche enthält, die mit einem Vakuumkanal in einer Wand der Kammer in Verbindung stehen, und der Vakuumkanal steht mit einem Vakuumsystem in Verbindung, wobei die innere Kammerfläche eine zu dem Substrat-Bearbeitungsort benachbarte keramische Auskleidung enthält, um zu verhindern, dass eine zu dem Substrat-Bearbeitungsort benachbarte Umfangswand eines Körpers der Bearbeitungskammer direkt einem Plasma ausgesetzt ist, das während der Bearbeitung an dem Substrat-Bearbeitungsort vorhanden ist.
Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zum Schützen der Wand einer Substrat-Bearbeitungskammer mit den Schritten zur Verfügung: zur Verfügung stellen einer erregten Gasverteilungs-Abdeckplatte gegenüber einem Substratsockel, der elektrisch geerdet ist; und zur Verfügung stellen einer entfernbaren keramischen Auskleidung (im Inneren) der elektrisch geerdeten Wände der Bearbeitungskammer.
Gemäß der Erfindubng wird ein 360°-kreisförmiger Pumpkanal/-raum um den Ort des Wafers herum bereitgestellt. Der Pumpkanal wird in einem Raum in der Wand der Bearbeitungskammer und insbesondere zwischen dem Umfang der Unterseite des Deckels der Kammer und der Oberseite des inneren Umfangs des unteren Kammerkörpers gebildet. Der Vakuumkanal (Raum) beinhaltet eine durch eine obere Fläche der keramischen Auskleidung definierte erste Wand und eine durch eine äußere Fläche des isolierenden Rings in dem Deckel der Bearbeitungskammer definierte zweite Wand beinhaltet. Der kreisförmige Pumpkanal stellt einen Verteiler (d.h. eine beinahe isobare Leitung) bereit, um das Prozessgas um die Bearbeitungskammer herum zu einer einzelnen Vakuumverbindung auf einer Seite der Kammer zu führen. Dies steht in Vergleich zu einem Pumpkanal nach dem Stand der Technik, der die Bearbeitungskammer nur teilweise umgibt.
Gemäß der Erfindung ist der Durchgang für das Prozessgas von dem Plasmaraum der Bearbeitungskammer zu dem Auspuffraum (Pumpkanal) durch einen kontinuierlichen, gleichförmigen, kreisförmigen Spalt (Schlitz) vollständig um die Bearbeitungskammer herum. Der Schlitz (eine/ein Gasströmungs-Drosselöffnung/-schlitz) ist zwischen einem unteren Bearbeitungskammerkörper und dem Bearbeitungskammerdeckel gebildet. Prozessgas, das in die Bearbeitungskammer durch die gleichförmig verteilten Öffnungen in der Gasverteilungsendplatte gerichtet ist, wird gleichförmig von dem Umfang der Kammer durch einen Schlitzspalt evakuiert, der eine gleichförmige vorbestimmte Entfernung von der Kante des Substrats vollständig um das Substrat, das verarbeitet wird, herum angeordnet ist, um eine maximale Gleichförmigkeit in der Dicke des abgeschiedenen Materials zu fördern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der Zustand (einschließlich einer Dicke) des Materialaufbaus auf den inneren Oberflächen der Bearbeitungskammer direkt beobachtet werden, indem das Material, das auf der Innenseite eines Fensters abgeschieden wird, von der Außenseite der Kammer betrachtet wird. Das Plasma in der Kammer kann direkt durch das Fenster betrachtet werden. Das Fenster ist neben einem Konvergenzpunkt der Prozessgasströmung von dem kreisförmigen Auspuffraum zu dem Vakuumsystem angeordnet. Das Fenster ist angeordnet, einen seitlichen Vakuumleitungs-Erweiterungsabschnitt zu betrachten, wenn das Prozessgas in das Vakuumsystem von Auspuffraum gezogen wird, den es vor dem Beobachtungsfensteranschluss passiert, über welchem das Fenster befestigt ist, bevor es ein stromabwärts angeordnetes Vakuumabsperrventil erreicht.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein nicht-eloxierter, metallischer, geheizter Sockel/Aufnehmer (Waferhalteplatte) bereitgestellt, um einen Wafer, der verarbeitet wird, zu halten. Der Sockelaufbau stellt ein gleichförmig geerdetes Potenzial über seine volle Breite ohne Änderungen in elektrischen Eigenschaften, z.B. einer Impedanz, aufgrund von Variationen in einer Oberflächenbehandlung, z.B. einer Eloxierung, bereit. Diese Konfiguration beseitigt auch die zusätzliche Ausglühzeit, die benötigt wird, um die porösen Oberflächen, die von der Oberflächenbehandlung herrühren, wirksam zu kühlen, verglichen mit der Zeit, die benötigt wird, um relativ glatt bearbeitete, reine Metalloberflächen auszuglühen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Waferhalteplatte des Sockels (vorzugsweise Aluminium) unter Verwendung einer doppelten Einzelschleife einer vollen Windung, die in ein Heizelement eingebettet ist, das konfiguriert ist, parallel konzentrische Kreise zu bilden, geheizt. Ein äußerer Abschnitt des Heizelements verläuft neben einem Umfang der Halteplatte, während ein innerer Abschnitt auf dem Pfad eines konzentrischen Kreises mit einem kleineren Radius verläuft. Die Verdrahtung des Heizelements läuft durch den Steven des Sockels.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Waferhalteplatte auch gekühlt, wie erforderlich, durch eine eingebettete Kühlröhre. Die Kühlröhre unterstützt in einem Beschleunigen des Kühlens des Sockels vor dem Durchführen einer Wartung. Die Kühlröhre läuft in einer Schleife auch entlang des Pfades eines Kreises, konzentrisch zu den Pfaden der Heizelemente.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Sockel in der Bearbeitungskammer durch einen zentralen Hohlsteven gehalten. Leiter verlaufen durch den Kern des eingebetteten Heizelements in der Waferhalteplatte (Sockelheizelement) zusammen mit einem Thermopaar, um die Sockelheizelement-Temperatur zu erfassen, und, wenn gewünscht, verläuft die Kühlröhre auch durch diesen Kern. Die Vakuumdichtung zu dem Steven hin ist an dem Umfang des unteren Endes des Stevens ausgeführt. Das untere Ende des Stevens ist auch mit Masse verbunden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist, um eine Korrosion des unbehandelten Metallaufnehmers zu verhindern, die Oberseite des Sockels mit einer lose passenden, trotzdem präzise angeordneten keramischen Buchse abgedeckt. Der zentrale obere Abschnitt der Buchse des Sockelheizelements ist eine Abdeckungsbuchse aus einem Material, vorzugsweise einer Aluminiumnitridkeramik mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, so dass die thermische Energie des geheizten Sockels durch das Aluminiumnitrid übertragen werden kann, um die Temperatur eines Wafers, der verarbeitet wird, zu erhöhen. Die Umfangskante der Sockelheizelementbuchse ist eine "L"-geformte Aluminiumoxid-Keramikeinfassung, die den äußeren oberen Umfang des Sockelheizelements vor einer Korrosion während eines PECVD-Prozesses schützt.
Gemäß einem spezifischerem Aspekt der Erfindung wird die Position des Wafers, der verarbeitet wird, in der Mitte der Platte trotz des Unterschiedes in Koeffizienten einer thermischen Ausdehnung zwischen der Sockelplatte (aus Aluminium hergestellt) und den abdeckenden Buchsen (aus Keramik hergestellt) aufrechterhalten, und wird erreicht, indem eine feste Mittelverbindung mit einer tangential eingeschränkten, aber einer radial gleitenden Schlitzeinfassung verwendet wird. Der Sockel schließt einen Waferhebestift durch Löcher und Senkerhohlräume ein, um eine keramische Abdeckungsbuchse mit abwärts verlaufenden, Hohlzapfen mit Absenkungen vom Kegelsenkertyp an der Oberfläche der Buchse aufzunehmen, um eine Welle und ein Ende der Wasserhebeanschlüsse (kollektiv bekannt als Rückhaltemerkmale) zu führen und zurückzuhalten. Ein zentraler, abwärts verlaufender Vollzapfen wirkt als der zentrale Anker zwischen der Mitte der Abdeckbuchse und der Mitte des Sockels. Einer der abwärts verlaufenden Hohlzapfen ist tangential eingeschränkt, aber er kann radial entlang einer Linie zwischen einer Stelle und der Mitte des Sockels gleiten. Die anderen abwärts verlaufenden Hohlzapfen sind in großen Stirnsenkerlöchern an ihren jeweiligen Stellen in dem Sockel angeordnet, was eine Störung zwischen Stücken aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung während des Bereichs von Prozesstemperaturen verhindert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Sockel auf einer Abstandshalterplatte durch drei triangular platzierte, einstellbare Schraubenverbindungen gehalten. Der Abstandshalter gestattet eine Einstellung der Sockelstellung, um seine Waferhaltefläche parallel zu der Gasverteilungsendplatte in der Bearbeitungskammer auszuführen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sind die Wände der Bearbeitungskammer, die das Gebiet umgeben, wo das Plasma während einer Bearbeitung vorhanden ist, mit einem keramischen Dielektrikum überzogen, so dass die Metallwand der Kammer vor schädlichen Wirkungen der Aussetzung gegenüber dem Plasma geschützt ist und das Massepotenzial der Wand der Kammer weiter weg von der primären Elektrode (Gasverteilungsendplatte) des Plasmas verschoben wird, um zu unterstützen, dass das Plasma gleichförmiger und stabil zu und über den Radius des Umfangs des Wafers hinaus, der verarbeitet wird, ausgeführt wird.
Die im allgemeinen gleichförmige Dicke der Abdeckungsauskleidung, wenn der Wafer in Position ist, stellt eine im allgemeinen gleichförmige Impedanz für den elektrischen Pfad von der primären HF-Elektrode (der Gasverteilungsendplatte) zu Masse (dem Sockel) bereit, diese gleichförmige Impedanz zu Masse vermeidet eine ungleichmäßige Abscheidung aufgrund eines Differentials in der Plasmaqualität zwischen Stellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Stelle, wo ein Plasma während einer Bearbeitung vorhanden ist, von keramischen Stücken umgeben, die im allgemeinen undurchlässig gegenüber der Wirkung des Plasmas sind, außer der Gasverteilungsendplatte. Die Oberseite der keramischen Buchse, die den Sockel umgibt, ist gegenüberliegend von und eine kurze Entfernung entfernt von der unteren Oberfläche eines keramischen Isolatorrings in dem Deckel der Bearbeitungskammer angeordnet. Diese kurze Entfernung ist der Spalt des kontinuierlichen, kreisförmigen 360°-Schlitzes, durch welchen das Prozessgas in den 360°-kreisförmigen Pumpkanal (Auspuffraum) gezogen wird. Die Wände der Bearbeitungskammer, die den Sockel umgeben, sind in unmittelbarer Nähe zu der Kante des Sockelheizelements, das den Wafer trägt, der verarbeitet wird. Die keramische Buchse, z.B. eine Reihe von keramischen Ringen, kleidet nur die Wände neben der Stelle des Plasmas aus. Diese Ringe, genau wie alle anderen keramischen Stücke, sind für ein Reinigen und/oder einen Ersatz, wenn angemessen, entfernbar.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung schließt der untere Körper der Bearbeitungskammer Vakuumdurchgänge ein, die von dem seitlichen Erweiterungsabschnitt des Abgasraumes zu einem Vakuumabsperrventil führen, das innerhalb des unteren Ventilskörpers eingepasst ist und konfiguriert ist, einen Vakuumabschlusssitz in dem unteren Körper derart einzuschließen, dass, wenn das Vakuum zu der Bearbeitungskammer abgeschlossen wird, eine sehr kurze Leitung zwischen dem Ventilsitz, der die Bearbeitungskammer abdichtet, und dem Bearbeitungskammerraum, der das Sockelheizelement umgibt, vorhanden ist, die verunreinigt werden könnte, und in welcher Verunreinigungen während, vor und nach einer Bearbeitung eingefangen werden könnten. Indem man das Vakuumventil innerhalb des Kammerkörpers hat, werden, wenn der Kammerkörper geheizt wird, sämtliche Vakuumdurchgänge vor dem Vakuumventil in dem Kammerkörper auch geheizt. Diese Konfiguration reduziert oder beseitigt die Wahrscheinlichkeit, dass Verunreinigungen auf Oberflächen der Vakuumdurchgänge stromaufwärts des Vakuumventils kondensieren und zurück in die Bearbeitungskammer während einer Zeit, wenn das Ventil geschlossen ist, migrieren könnten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verunreinigung aufgrund von HF-Oberflächenkontaktbögen in der Bearbeitungskammer durch ein Bereitstellen einer Gasverteilungsplatte aus einem Stück beseitigt, die durch die Vakuumdichtung der Bearbeitungskammer läuft, und mit einer HF-Energiequelle außerhalb der Bearbeitungskammer verbindet, so dass ein Bogenziehen, wenn es auftritt, nicht innerhalb der Bearbeitungskammer auftritt. Der Deckel der Bearbeitungskammer schließt eine einstückige, oben offene, hohl geflanschte, zylinderförmige Gaseinlass-Verteilerplatte ein, die den Deckel innerhalb des Hohlzylinders abdichtet und auf der Unterseite ihres Flansches dem Deckel gegenübersteht. Wenn eine HF-Energieverbindung zu der Oberseite des Flansches der Gasverteilungsplatte ausgeführt wird, sind keine "im Vakuum enthaltene" Verbindungen, wie nach dem Stand der Technik bekannt, vorhanden, die Verunreinigungen innerhalb der Bearbeitungskammer während eines PECVD-Prozesses erzeugen könnten.
Gemäß einem spezifischeren Aspekt der Erfindung stellt eine Konfiguration der Bearbeitungskammer gemäß der Erfindung keine mit Gewinde versehenen Befestigungselemente innerhalb des Einschlussbereiches der Bearbeitungskammer bereit, deren Grenzen außerhalb der Gasverteilungsendplatte beginnen und die zu den Grenzen der Vakuumdichtung der Kammer und der Dichtung des Vakuumsystem-Absperrventils verlaufen. Die Befestigungselemente für den Sockelanhub liegen sämtlich außerhalb der Bearbeitungskammer. Sobald ein Vakuum in der Kammer vorhanden ist, stellt der Außenatmosphärendruck die Kraft bereit, die benötigt wird, um die Vakuumdichtungen in einer gestapelten Reihe von Schichten der Bearbeitungskammer zu halten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, genommen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, besser verstanden werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Querschnitt einer PECVD-Bearbeitungskammer gemäß der Erfindung;
2 eine Nahansicht der linken Seite der vereinfachten Bearbeitungskammer, die in 1 gezeigt ist;
3 eine Querschnittsansicht des Sockelhebemechanismus, der an der Unterseite der Bearbeitungskammer der 1 und 2 anzubringen ist;
4 einen Querschnitt einer HF-Energieverbindung mit der Oberseite der Gasverteilungsendplatte, gemäß der Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht der Prozessgaszuführung von dem unteren Körper der Bearbeitungskammer durch ein isoliertes Brückenelement und in den Einlassgasverteilungs in der Mitte des Gasverteilungsendplatte;
6 eine explosionsartige Ansicht des Deckels und seiner Komponenten, wie sie bestehen, um Gas der Bearbeitungskammer durch den Deckel der Bearbeitungskammer zuzuführen;
7 eine explosionsartige Ansicht der unteren Bearbeitungskammer, wie sie zusammengesetzt würde, um eine Konfiguration gemäß der Erfindung auszuführen;
8 die Unteransicht einer Bearbeitungskammer gemäß der Erfindung und wie in 7 gezeigt;
9 das schematische Diagramm des Lochmusters von Einstellschrauben, wie sie verwendet werden, um die Stellung des Sockels einzustellen;
10 einen Querschnitt der 1, genommen entlang 10-10 unter Verwendung von Pfeilen, um das hypothetische Gasströmungsmuster in der Bearbeitungskammer zu zeigen;
11 einen vereinfachten Querschnitt in Nahaufnahme einer Konfiguration eines Sockels;
12 eine Nahaufnahme der Konfiguration der 11;
13 eine Seitenansicht eines Hebestiftes für eine Verwendung in den Konfigurationen, wie sie in den 11 und 12 gezeigt sind;
14 eine Unteransicht einer Aluminiumnitrid-Abdeckplattenbuchse gemäß der Erfindung;
15 eine Endansicht eines Sockels (Heizelements), wie in 17 gezeigt;
16 eine Nahaufnahme des länglichen Schlitzführungsmerkmals 72, wie in 15 gezeigt;
17 aufgeschnittene Seiten- und teilweise Querschnittsansichten eines Sockelheizelements;
18 eine untere Endansicht des Sockelheizelements der 17;
19 eine Teilansicht eines Querschnitts, der eine Konfiguration der Verbindung zwischen dem Steven und der Platte des Sockels zeigt;
20 eine Seitenquerschnittsansicht der eingebetteten Stücke und Merkmale einer Sockelheizelement-Waferhalteplatte;
21 eine Unteransicht der Sockelheizelementkonfiguration, wie in 20 gezeigt;
22 eine Seitenquerschnittsansicht einer Sockelheizelement-Waferhalteplatte, einschließlich sowohl eines Heizelements als auch einer Kühlflüssigkeitsröhre, die darin zusammen mit Vorkehrungen für eine Thermopaardurchführung eingebettet sind; und
23 eine untere Ansicht, die die Führung und Orientierung der verschiedenen Heiz-, Kühl- und Thermopaarelemente der 22 zeigt.
Eine Gesamtquerschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Abscheide-Bearbeitungskammer gemäß der Erfindung ist in den 1 und 3 gezeigt. (Siehe auch 7, eine explosionsartige perspektivische Ansicht ohne den Kammerdeckel.) Ein geheizter Sockel 136, der innerhalb der Bearbeitungskammer zentriert ist, hält einen Semiconductor-Wafer oder ein Substrat (nicht gezeigt) an der Wafer-Bearbeitungsstelle 141 auf der flachen (oder geringfügig konvexen), kreisförmigen Fläche 145 des Sockels. Ein Hebemechanismus 143 (3) hebt und senkt die Heizelement-Sockelanordnung 135 und ihre Wafer-Hebestifte 162, wenn Wafer in den und aus dem Körper der Kammer durch ein Robotermesser (nicht gezeigt) durch eine Einführungs-/Entfernungsöffnung 142 in der Seite der Kammer transferiert werden.
Die Sockelfläche 145 ist parallel und eng beabstandet zu einer Prozessgas-Verteilerendplatte 122, durch welche Prozessgase in die Kammer eintreten. Eine HF-Energieversorgung (nicht gezeigt) legt eine elektrische Energie zwischen der Gasverteilungsendplatte 122 und dem Sockel an, um so die Prozessgasmischung anzuregen, um ein Plasma innerhalb des zylindrischen Bereichs zwischen der Endplatte und dem Sockel zu bilden. Die Bestandteile des Plasmas reagieren, um einen gewünschten Film auf die Oberfläche des Halbleiterwafers abzuscheiden, der auf der Fläche 145 des Sockels gehalten wird. Der Rest der Gasmischung, einschließlich Reaktionsprodukten, wird von der Kammer durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) evakuiert.
Der Aluminiumsockel 136 und die innere Oberfläche 265 der zylindrischen Wand 265 der Kammer sind mit einem keramischen Material überzogen (Ringe 236, 234), um einer Korrosion zu widerstehen, und stellen den Grad einer Impedanz, die von dem Plasma angetroffen wird, ein, wenn die HF-Schaltung (nicht gezeigt) ihre Schaltung zu einem Massepotenzial zu vervollständigen sucht. Die verbesserte Gleichförmigkeit einer Gasverteilung über den Wafer und die kreisförmige Konfiguration der Kammer 133 und ihrer symmetrischen Buchsen (236, 234) tragen dazu bei, das Plasma in der Kammer gleichförmiger und stabiler auszuführen, um zu einer Verbesserung in der Gleichförmigkeit der Dicke von auf dem Wafer, der verarbeitet wird, abgeschiedenen Material beizutragen.
Quellen einer Verunreinigung innerhalb der Kammer werden durch ein Betätigen sämtlicher innerhalb der Kammer beweglichen Komponenten über Bälge 267, 268 verringert oder beseitigt. Eine Verunreinigung von einem Bogenziehen innerhalb des Vakuumeinschlusses der Kammer wird durch ein Bewegen der RF-Energieverbindung aus der Vakuumumgebung heraus und zu der atmosphärischen Seite der Vakuumdichtungen beseitigt. Eine Verunreinigung von Partikeln, die durch mit einem Gewinde versehene Verbinder erzeugt wird, wird auch durch ein Beseitigen von mit Gewinde versehenen Verbindungen innerhalb der Grenzen vermieden, die durch die Fläche der Gasverteilungsendplatte und der Vakuumdichtungen der Kammer 133 definiert ist. Eine Verunreinigung aufgrund einer Flockenbildung eines übermäßigen Abscheidungsaufbaus an den Wänden der Kammer wird minimiert oder eliminiert, indem man in der Lage ist, den Aufbau von Abscheidungen auf der Innenseite der Kammeroberflächen direkt zu betrachten und Reinigungszyklen zu planen, bevor der Aufbau groß genug ist, dass Verunreinigungen abblättern. Ein einziges Kristallsaphirfenster 230 ist über dem Beobachtungsanschluss 232 positioniert, der in dem Gebiet einer Gasströmungskonvergenz von dem Bearbeitungskammer-Auspuffraum zu dem Vakuumanschluss 226 positioniert ist. Der maximale Aufbau abgeschiedenen Materials tritt in dem Gebiet einer Gasströmungskonvergenz auf.
1. Auspuffverteiler
Wie oben bemerkt, wird der Halbleiterwafer (nicht gezeigt) während eines Abscheideprozesses auf der Fläche 145 des Sockels 136 gehalten. Die Fläche 145 ist parallel und eng beabstandet zu einer Prozessgasverteilungsendplatte 122 mit Löchern 121, durch welche Prozessgase in die Kammer eintreten. Spezifischer strömen Abscheideprozessgase in die Kammer durch einen Einlassverteiler 126 (angezeigt durch einen Pfeil 123), durch eine herkömmliche perforierte Blockplatte 124 und durch die Löcher 121 in einer herkömmlichen flachen, kreisförmigen Gasverteilungsendplatte 122 (angezeigt durch kleine Pfeile 144 in den 1 und 2). Eine HF-Energieversorgung (nicht gezeigt) legt eine elektrische Energie zwischen der Gasverteilungsendplatte 121 und dem Sockel an, um so die Prozessgasmischung anzuregen, um ein Plasma innerhalb des zylindrischen Bereichs zwischen der Endplatte und dem Sockel zu bilden. (Dieser Bereich wird hierin als der "Reaktionsbereich" bezeichnet werden.) Die Bestandteile des Plasma reagieren, um einen gewünschten Film auf der Oberfläche des Halbleiterwafers, der auf der Fläche 145 des Sockels gehalten wird, abzuscheiden. Der Rest der Gasmischung, einschließlch von Reaktionsprodukten, wird von der Kammer durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) evakuiert.
Im Speziellen werden die Gase durch eine ringförmige, schlitzartig geformte Öffnung 131, die den Reaktionsbereich ausreichend, und radial lang genug, umgibt, und in einen ringförmigen Auspuffraum 222 ausgestoßen. Der ringförmige Schlitz 131 und der Raum 222 sind durch den Spalt zwischen der Oberseite der zylindrischen Seitenwand 134 der Kammer (einschließlich des oberen dielektrischen Überzugs 234 auf der Wand) und der Unterseite des kreisförmigen Kammerdeckels 221 (einschließlich des dielektrischen Isolators (Isolator) 120 zwischen dem Deckel 221 und dem Umfangsflansch 125 der Gasverteilungsplatte 122) definiert. Wie untenstehend vollständiger diskutiert werden wird, sind die 360°-kreisförmige Symmetrie und -Gleichförmigkeit der Schlitzöffnung 131 und des Raums 222 wichtig, um eine gleichförmige Strömung von Prozessgas über den Wafer zu erreichen, um so einen gleichförmigen Film auf dem Wafer abzuscheiden.
Von dem Auspuffraum 222 strömen die Gase unterhalb eines lateralen Ausdehnungsabschnittes 245 des Auspuffraums (2) an einem Beobachtungsanschluss 232 durch eine sich abwärts erstreckende Gasleitung 239, vorbei an einem Vakuumabsperrventil 240 (dessen Körper mit dem unteren Kammerkörper 134 integriert ist) und in den Auspuffauslass 226, der mit der externen Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbindet.
10 ist eine Schnittansicht der 1, genommen entlang 10-10 durch eine Ebene der Schlitzöffnung 131, indem man herab auf einen Wafer 184 (gezeigt als Phantom) blickt, wobei der Auspuffraum 222 vollständig die Kante des Sockels und Wafers 184 umgebend gezeigt ist. Die Pfeile 223 verdeutlichen, dass die Prozessgasströmung von der Gasverteilungsplatte 122 zu dem Auspuffraum 222 gleichförmig und symmetrisch ist. Das gleichförmige Gasströmungsmuster rührt von zwei wichtigen Auslegungsmerkmalen her.
Das erste Auslegungsmerkmal besteht darin, dass der Schlitz 131 und der Auspuffraum 222 eine Kreissymmetrie aufweisen, und der Schlitz 131 ist gleichförmig von dem Umfang des Wafers 184 beabstandet, oder äquivalent, von dem Umfang des Sockels 136. In der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform, die für Bearbeitungswafer vom Durchmesser von 203,2 mm (8 inch) ausgelegt ist, beträgt der Sockeldurchmesser 261,6 mm (10,3 inch) und der innere Durchmesser der Schlitzöffnung 131 beträgt 267 mm (10,5 inch).
Das zweite Auslegungsmerkmal überwindet die Asymmetrie, die normalerweise durch den Auslass 239 von dem Raum in die Vakuumkammer geschaffen werden würde. In herkömmlichen Auslegungen neigt das Druckdifferential zwischen den Abschnitten des Raumes, die am nächsten und am weitesten entfernt von dem Auslass 239 sind, dazu, ein nicht-gleichförmiges Prozessgas-Strömungsmuster zu erzeugen; spezifisch neigt die Gasströmungsrate dazu, über dem Bereich des Wafers 184, der sich am nächsten zu dem Auslass 239 befindet, am größten zu sein. In herkömmlichen Auslegungen muss diese Tendenz durch ein Bereitstellen von weniger und kleineren Öffnungen in dem Abschnitt des Raums, der am nächsten an dem Vakuumpumpenauslass ist, kompensiert werden. Die sich ergebende Geometrie ist nicht vollständig gleichförmig.
Unsere Erfindung erreicht eine symmetrische und gleichförmige Geometrie durch Ausführen des Schlitzes 131 ausreichend eng in der axialen Richtung, und ausreichend lang in der radialen Richtung, um einen Druckabfall über dem Schlitz zu erzeugen, der viel größer ist als das Druckdifferential innerhalb der Kammer 222. Der Druckabfall über dem Schlitz ist vorzugsweise so groß wie möglich, und in noch bevorzugterer Weise zumindest zehnmal oder noch größer als das Druckdifferential innerhalb des Raums 222. Folglich ist die Gasströmungsrate von dem Reaktionsbereich in den Schlitz 131 um den gesamten 360°-Umfang des Schlitzes gleichförmig, wodurch eine kreisförmige Gleichförmigkeit einer Filmabscheidung auf dem Wafer 184 erreicht wird.
Der Druckabfall über den Schlitz 131 ist proportional zu der axialen Breite des Schlitzes (Spalt) und der radialen Länge des Schlitzes (Länge der gegenüberliegenden Wände). Die radiale Stelle (Durchmesser) des Schlitzes wird im allgemeinen durch den Durchmesser des Wafers, der in der Kammer zu verarbeiten ist, angenähert. Beispielsweise ist in der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform die Kammer ausgelegt, Wafer eines Durchmessers von 203,2 mm (8 inch) zu verarbeiten, und die Öffnung 131 weist einen inneren Durchmesser von 167 mm (10,5 inch) auf. Um den gewünschten Druckabfall über dem Schlitz 131 zu erreichen, weist der Schlitz eine axiale Breite (Schlitzspalt) von 3,8 mm (0,150 inch) und eine radiale Länge (Länge von gegenüberliegenden Wänden des Schlitzes) von 12,5 mm (0,5 inch) auf. Der Durchmesser eines typischen Wafer-Haltesockels 136 mit einer keramischen Beschichtung beträgt 261,6 mm (10,3 inch). Die Innen- und Außendurchmesser einer typischen Kammerbuchse (z.B. 234, 236) betragen ungefähr 266,7 mm (10,7 inch) bzw. 317,5 mm (12,5 inch). Die Innen- und Außendurchmesser der Isolatoroberflächen, die der keramischen Buchse gegenüberstehen, betragen 254,25 mm (10,01 inch) bzw. 279,4 mm (11,0 inch). Die Länge der engsten Durchführung des radialen Schlitzes beträgt ungefähr 12,7 mm (0,5 inch), wobei dessen Länge durch ein Ändern der relativen Durchmesser der Stücke und ihres Überlapps eingestellt werden kann. Der Schlitzspalt 131 kann in ähnlicher Weise geändert werden. Eine abgeschrägte Oberfläche kann auf der unteren Oberfläche des Isolators 120 bereitgestellt werden, wie durch die gestrichelten Linien 145 in 2 angezeigt.
Die oben beschriebene Spalt- (Schlitz-) Konfiguration 131 ist beispielweise nützlich, wenn der interne Kammerdruck bei 600 Pa (4,5 Torr) aufrechterhalten wird und eine Gasströmung von 285 sccm SiH₄, 140 sccm NH₃ und 4000 sccm N₂ einer Bearbeitungskammer, die bei einer Temperatur von ungefähr 400°C arbeitet, bereitgestellt wird.
2. Auspuff-Beobachtungsanschluss
Überschüssige Prozessgasbestandteile und Reaktionsprodukte des Abscheideprozesses reagieren im allgemeinen, einen unerwünschten Film von Verunreinigungen auf jedweden Komponenten der Bearbeitungskammer, die den Auspuffgasen ausgesetzt sind, abzuscheiden. Es ist notwendig, die Kammerkomponenten periodisch zu reinigen, um den Verunreinigungsfilm zu entfernen, bevor er dick genug wird, um in Partikel abzublättern, die den Halbleiterwafer verunreinigen könnten.
Ein Beobachtungs- oder Betrachtungsanschluss 232 in der Abgasleitung gestattet ein Betrachten des Ausmaßes eines Aufbaus von Verunreinigungen während eines Abscheideprozesses, und gestattet ein Betrachten des Fortschritts der Entfernung der Verunreinigungen während eines Reinigungsprozesses.
Eine Gasströmung von dem Auspuffraum 222 in einen lateralen Erweiterungsabschnitt 245 einer Vakuumleitung ist durch die Pfeile 235 (in 10) gezeigt. Unter Bezugnahme nun auf 2 passiert das Gas, das von dem 360°-kreisförmigen Auspuffverteiler (Auspuffraum) 222 in den Gasauslassdurchgang 239 strömt, vor dem konisch geformten Beobachtungsanschluss 232, der in einen lateralen Erweiterungsabschnitt 245 des Pumpkanaldeckels 221 gebohrt ist. Der Anschluss 232 ist mit einem Pumpanschluss-Beobachtungsfenster (vorzugsweise aus Einkristallsaphir ausgeführt) 230 abgedeckt, das abgedeckt und an Ort und Stelle von einem UV-Filterglas 233 gehalten ist, durch welches das Glühen des Gasplasmas an der Substratbearbeitungsstelle indirekt gesehen werden kann.
Das Ausmaß einer Verunreinigung oder einer Abscheidung auf den inneren Oberflächen der Bearbeitungskammer kann durch ein direktes Betrachtes des Aufbaus auf der Innenseite des Fensters 230 abgeschätzt werden. Der laterale Erweiterungsabschnitt 245 der Vakuumleitung vor dem Beobachtungsfensteranschluss 232 ist in dem Gebiet einer Konvergenz (stromabwärts angeordnetes Ende) der Gasströmung von der Bearbeitungskammer zu dem Vakuumsystem. Folglich stellt der Aufbau auf seinen Oberflächen eine gute Anzeige des Niveaus einer Verunreinigung (Abscheidung auf der Oberfläche) der Bearbeitungskammer bereit. Wenn die Innenseite des Beobachtungsanschlusses vollständig mit abgeschiedenem Material abgedeckt ist, kann sicher angenommen werden, dass die Oberflächen jedweder Kammerkomponente in der Nähe des Reaktionsbereichs auch mit einer Dicke nicht größer als jene der Abscheidungen auf der Innenseite des Beobachtungsfensters 230 beschichtet sind.
Eine Abscheidedicke auf der Oberfläche des Beobachtungsanschlusses ist größer als die Abscheidungsdicke auf Oberflächen in der Kammer, weil die Reste von Abscheidematerial auch existieren, nachdem das Gas die Bearbeitungskammer verlassen hat und in den Auspuffraum eingetreten ist. Diese Gasreste kombinieren und fallen auf Oberflächen des Auspuffraums und stromabwärts angeordneten Oberflächen des Gasdurchgangs als Partikel aus, wodurch ein Verunreinigungsaufbau auf internen Gasdurchgängen geschaffen wird. Die Dicke des abgeschiedenen Films von Verunreinigungen nimmt fortlaufend zu, sowie sich das Gas von dem Reaktionsbereich wegbewegt (wo mehr Moleküle verfügbar sind, um Partikel zu bilden). Dementsprechend nähert sich die Menge eines Films, der auf den Oberflächen abgeschieden ist, die von dem Beobachtungsanschluss (angeordnet in dem Bereich der Gasströmungskonvergenz von dem Auspuffraum zu dem Vakuumsystem) beobachtbar ist, der Menge der größten Dicke des Verunreinigungsfilms an, der auf anderen Komponenten näher bei dem Reaktionsbereich abgeschieden wird.
In ähnlicher Weise stellt zusätzlich zu standardisierten Fluor-Erfassungsinstrumenten, die den Endpunkt des Ätzprozesses erfassen, die Reinheit der Innenseite des Pumpanschluss-Beobachtungsfensters 230 eine direkte visuelle Bestätigung von Instrumentenauslesungen bereit.
3. Auspuffventil
Ein Auspuffabsperrventil ist innerhalb des Körpers der Bearbeitungskammer unmittelbar außerhalb des Reaktionsbereiches angeordnet. Diese Stelle weist zumindest zwei Vorteile auf. Weil das Ventil integral mit dem Kammerkörper ist, werden das Absperrventil und der Durchgang zwischen dem Ventil und dem Reaktionsbereich zusammen mit den anderen Kammerkomponenten während einer Plasmabearbeitung geheizt. Ein Aufrechterhalten des Ventils und des Durchgangs bei einer erhöhten Temperatur verhindert eine Kondensation der Auspuffgase auf den Oberflächen dieser Komponenten, so dass die Auspuffgase aus der Kammer herausgepumpt werden, bevor sie kondensieren können, um potentiell verunreinigende Partikel zu bilden. Wenn es zugelassen wird, in dem Auspuffdurchgang zwischen dem Reaktionsbereich und dem Auspuffabsperrventil zu kondensieren, könnten derartige Partikel zurück in den Reaktionsbereich während der Perioden diffundieren, wenn die Gasströmung aus ist, wie etwa dann, wenn ein Wafer in die Kammer oder aus der Kammer heraus gebracht wird.
Ein zweiter Vorteil unserer Auslegung besteht darin, dass sie das Volumen des Durchgangs zwischen dem Absperrventil und dem Reaktionsbereich minimiert, wodurch das Volumen von Auspuffgasen minimiert wird, die in der Kammer bleiben, wenn das Auspuffabsperrventil an dem Ende eines Abscheideprozesses geschlossen wird. Derartige zurückbleibende Gase können zurück in den Reaktionsbereich migrieren und darauffolgend verarbeitete Wafer verunreinigen, so dass es wichtig ist, ihr Volumen zu minimieren.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, schließt der Bearbeitungskammerkörper 134 ein abwärts verlaufender Gasdurchgang 239 unmittelbar stromabwärts von und unterhalb des Beobachtungsanschlusses 232 in dem Kammerdeckel 221 ein. Der Gasdurchgang 239 führt die Strömung von Prozessgas in einen zylindrischen Ventilhohlraum 241 in dem Kammerkörper 134. Der Ventilhohlraum 241 weist Ventilsitzoberflächen 246 an der kreisförmigen Öffnung zwischen dem Ventilhohlraum und der Gasdurchführung 239 auf. Ein Ventilkolben 240 bewegt sich axial innerhalb des Hohlraums. In der "Aus"-Position grenzt der Kolben an den Ventilsitz an, und ein O-Ring auf der Fläche des Kolbens bildet eine Dichtung, die eine Gasströmung aus dem Durchgang 239 heraus verhindert. In der "An"-Position zieht sich der Kolben von dem Ventilsitz zurück, um so einen Abgasauslassanschluss 226 freizulegen, der zu einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führt (siehe 7 für eine externe perspektivische Ansicht.) Ein Balg bildet eine Vakuumdichtung zwischen dem Kolben und einer Platte auf der äußeren Wand der Kammer, auf welcher der Ventilbetätigungsmechanismus befestigt ist. Der Ventilator, der Kolben und die Bälge können von jedweder herkömmlichen Auslegung sein. Während eines Abscheideprozesses heizt das Plasma die gesamte Bearbeitungskammer einschließlich der Wände des Kammerkörpers 134, die den Abgasdurchgang 239 und das Absperrventil umgeben. Wenn das Plasma nicht eingeschaltet ist, wird eine heiße Flüssigkeit durch die Wände der Bearbeitungskammer zirkuliert, um die Kammer auf einer erhöhten Temperatur zu halten. Dieses Heizen verringert oder beseitigt in vorteilhafter Weise eine Kondensation von unerwünschten Reaktanzprodukten und verbessert die Beseitigung flüchtiger Produkte des Prozessgases und andere Verunreinigungen, die den Prozess verunreinigen könnten, wenn sie auf den Wänden von kalten Vakuumdurchgängen kondensieren und zurück in die Bearbeitungskammer während Perioden ohne Gasströmung migrieren würden.
Ein Ausführen des Vakuumsystem-Absperrventils 240 integral mit dem Körper 134 der Bearbeitungskammer führt auch dazu, dass das Absperrventil 240 zusammen mit der Bearbeitungskammer während eines Verarbeitens geheizt wird. Dies verringert eine Kondensation von flüchtigen Gasprodukten auf Ventiloberflächen. Wenn der Gasströmungsprozess angehalten wird und eine Verbindung des Vakuumsystems abzusperren ist, schließt das Vakuumventil auf den Sitzoberflächen 246, wodurch nur ein sehr kleines Gasvolumen zwischen den Sitzoberflächen 246 und der zentralen Bearbeitungskammer isoliert wird. Diese Anordnung minimiert oder eliminiert annähernd die Möglichkeit, dass flüchtige Verunreinigungen, die auf den Wänden der kühleren, stromabwärts angeordneten Vakuumröhre kondensiert sein könnten, zurück durch das Vakuum-Ein/Aus-Ventil und vorbei an seinen Ventilsitzen 246 migrieren können.
4. Sockelheizeinrichtung
16 zeigt den resistiv geheizten Wafer-Haltesockel 136, der an dem Haltesteven 190 angebracht ist. Die 20 und 21 zeigen das Heizelement detaillierter. Der Sockel oder die Platte 136 ist ein scheibenförmiger Körper, der aus hochreinem, Klasse 100,1, uneloxiertem Gussaluminium gefertigt ist. Eine Heizspule ist in einer hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Beschichtung eingehüllt, wie etwa dass eine Edelstahl- oder Inconel-Röhre, die ein Magnesiumoxid-Füllmaterial umgibt, das ein Nichrom-Heizelement umgibt, in den Sockel während des Gießprozesses eingebettet ist. Eine Heizspule 183 schließt ein Heizelement 192 ein, das mit seinen Leitungsdrähten 193 innerhalb der Platte 136 durch eine Kaltverbindung ungefähr bei der gestrichelten Linie, die bei 197 gezeigt ist, verbunden ist. Das heißt, ein Nichrom-Heizdraht 192 ist an einen Kupferdraht 193 bei ungefähr dieser Grenze 197 bondiert, so dass das Zentrum der Basis nicht geheizt wird. Jedoch sind sämtliche der Drähte der Heizspule, ob sie primär resistiv oder primär leitend sind, in der kontinuierlichen Isolationsbeschichtung (wie etwa oben beschrieben) eingehüllt, die hohe Temperaturen aushält, um so einem Gießen des Aluminium-Heizkörpers 136 zu widerstehen.
Der Sockel 136 schließt eine ringförmige Nut 195 ein. Ein Sockelhaltesteven 190 (16) mit einem Hohlkern 191 ist konfiguriert, mit der kreisförmigen Nut 195 (kreisförmige Nut 20) zusammenzupassen, um einen Steven für den Sockel 136 bereitzustellen. Die Anpassverbindung für diese zwei Stücke kann allgemein in der 19 ersehen werden. Eine Umfangs-Elektronstrahlschweißung an der Verbindung 189 ist zwischen den beiden Stücken ausgeführt, um eine vakuumdichte Verbindung derart auszuführen, dass der Hohlkern 191, der in der aufgeschnittenen Ansicht der 22 gezeigt ist, auf Umgebungs-(Atmosphären)Druck ist. Der Hohlkern 191 zeigt eine Thermopaarröhre 201 und das Ende der Beschichtung 196 auf der Heizspule 183 und seine Leitungsdrähte, die zu den Drahtenden 186 führen. Eine Vakuumdichtung und eine Masseverbindung für den Sockelsteven 190 ist an seiner unteren Oberfläche 187 ausgeführt (18), und Verbindungen mit Heizdrahtenden und Verbindungen 186 und dem Thermopaar-Röhrenende 203 sind bei atmosphärischen Bedingungen ausgeführt.
Wie in 21 ersehen werden kann, stellt das Verlegen der Heizspule 183, die in der Sockelbasis 136 eingebettet ist, eine einzige, im allgemeinen parallele Schleife bereit, die entlang von Kreislinien konzentrisch zu dem Zentrum des Sockels 136 verläuft. Dieses Schleifenmuster stellt ein Heizen bereit, um eine im allgemeinen gleichförmige Temperatur über die Breite der Platte aufrechtzuerhalten, während Wärmeverluste zugelassen sind. Sorgfalt muss während eines Gießens ausgeübt werden, um ein Platzieren der Heizspulen an Stellen zu vermeiden, wo die Hebestiftlöcher platziert werden müssen. Der äußere Abschnitt des Heizelements wird bei einem Durchmesser von ungefähr 241,3 mm (9,5 inch) betrieben, der innere Abschnitt des Heizelements wird bei einem Durchmesser von ungefähr 177,8 mm (7,0 inch) betrieben, wobei eine Waferhalteplatte einen typischen Durchmesser von 254 mm (10,0'') aufweist. Das Heizelement ist 38,1 mm (1,5 inch) von der oberen Oberfläche des Sockels 136 angeordnet.
5. Sockelkühlung
Die 22 und 23 zeigen eine alternative Konfiguration des Sockels 206, der eine Kühlleitung 204 unterhalb der resistiven Heizspule 207, die gerade beschrieben ist, wie auch ein zentral befestigtes, röhrenförmiges Thermopaar 211 einschließt.
Es ist wünschenswert, die Fähigkeit aufzuweisen, die Wafer-Auflage (Waferhalteplatte) 206 zu kühlen, um ihr Kühlen zu beschleunigen, wenn ein Wartungszugriff auf die Bearbeitungskammer und ihre Komponenten gewünscht wird. Zeit wird verschwendet, wenn ein Kühlen langsam durchgeführt werden muss, weil keine Vorkehrung für ein erzwungenes Kühlen der Halteplatte vorhanden ist, um ein Beschleunigen ihres Temperaturabfalls zu unterstützen, außer die Bearbeitungskammer mit kühlen Gasen zu beblasen, was ineffizient ist.
Verbindungsschlaufen 209, wie in 22 gezeigt, halten die vorausgebildete Kühl-, Heiz- und Thermopaar-Röhrenanordnung während eines Gießens der Halteplatte 206. Die Schlaufen können entfernt werden, nachdem die Sockelhalteplatte 206 gegossen worden ist, oder sie können an Ort und Stelle belassen werden, wenn sie innerhalb die Hohlöffnung des Sockelstevens passen. Ein Hohlsteven ähnlich zu dem einen zuvor beschriebenen ist für diese Konfiguration bereitgestellt, obwohl er nicht gezeigt ist. Eine unter ebene Ansicht der Kühlspule 204 ist in 23 gezeigt. Wie ersehen werden kann, ist die Kühlspule eine einzige Schleife, wobei ihr Umfang entlang des Pfads eines Kreises konzentrisch zu dem Pfad der Heizspule 207 verläuft. Der Durchmesser des konzentrischen Kühlspulenpfads ist größer als der Durchmesser des inneren Abschnitts der Heizspule und geringer als der Durchmesser des äußeren Abschnitts der Heizspule gezeigt, jedoch können andere Durchmesser auch verwendet werden. Ihr Durchmesser beträgt 203,2 mm (4 inch) und ist 47,5 mm (1,87 inch) von der Oberseite der Waferhalteplatte 206 angeordnet. Die Kühlspule ist in einem Versuch konfiguriert, eine annähernd gleiche Kühlung über die volle Fläche der Waferhalteplatte bereitzustellen.
Kühlfluide, die in der Kühlröhre verwendet werden, schließen typische Fluidtypen ein, d.h. ein wasserbasierter Ethylenglykol oder ölbasierte thermische Transferflüssigkeiten. Wenn eine Kühlflüssigkeit gewählt wird, sei die Betriebstemperatur der Waferhalteplatte 206 berücksichtigt, und ob es wichtig ist, die Kühlröhre mit Kühlflüssigkeit gefüllt zu halten. Die Kühlröhre ist unterhalb der Heizspule angeordnet, wie in 22 ersehen werden kann.
6. Korrosionsbeständige Abschirmung über dem Sockel
Plasmaätzkammern schließen gewöhnlich eine korrosionsbeständige, dielektrische Abschirmung über dem Metallwafer-Haltesockel ein, um den Sockel vor einer Korrosion durch Ätzgase zu schützen. Korrosionsbeständige Abschirmungen werden im allgemeinen in Abscheidekammern nicht verwendet, weil die Abscheideprozessgase im allgemeinen nicht korrosiv sind, aber der Wafer-Haltesockel (und andere Kammerkomponenten) erleiden eine Korrosion während des Reinigungsprozesses, der periodisch in einer Abscheidekammer durchgeführt werden muss. Unsere plasmagestützte Abscheidekammer schließt vorteilhafterweise eine Abschirmung ein, um den Sockel vor einer Korrosion während derartiger Reinigungsprozesse zu schützen, wodurch die Lebensdauer des Sockels verlängert wird.
Unsere Abschirmung dichtet den Sockel von den Reaktanzgasen so gut ab, dass der Sockel keine Eloxierung oder eine andere korrosionsbeständige Beschichtung benötigt. Die reine Aluminiumoberfläche des Sockels kann auf eine größere Glattheit als eloxierte Oberflächen hin poliert werden, wodurch eine bessere und gleichförmigere thermische und elektrische Kopplung zwischen dem Sockel und dem darauf gehaltenen Halbleiterwafer zugelassen wird. Eine bessere Temperatur- und elektrische Gleichförmigkeit führt zu einer besseren Gleichförmigkeit des Films, der auf dem Wafer abgeschieden wird.
Materialien, die für einen Schutz des Sockels vor einer Korrosion geeignet sind, weisen im allgemeinen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten als der Aluminiumsockel auf. Unsere Abschirmung schließt Justiereinrichtungen ein, die es gestatten, dass sich die Abschirmung und der Sockel bei unterschiedlichen Raten ausdehnen und kontrahieren, während die rotationsmäßige Justierung des darauf gehaltenen Halbleitersubstrats aufrechterhalten wird.
Die 11, 12 und 13 zeigen Merkmale in Nahaufnahme einer Querschnittsansicht des Wafer-Haltesockels 136 (Heiz- und Kühlelemente sind nicht gezeigt). Die 14, 15, 16 und 17 verdeutlichen verschiedene allgemeine Aspekte des Aufbaus der Sockelanordnung 136. Die Sockelplatte 136 ist ein gegossenes Stück eines Aluminiums hoher Reinheit, in welchem vier angesenkte Durchlöcher 164 (16) gebildet worden sind, die konfiguriert sind, hinuntergehenden Hohlzapfen-Waferhebestiftführungen aufzunehmen, die Waferhebestifte 162 mit ei nem vergrößerten oberen Ende aufnehmen (siehe 12, 13). Ein typischer keramischer Hebstift 162, wie in 13 gezeigt, passt in das Waferhebestiftloch 164 und wird von ihm gehalten. Die Hebestifte 162 sind aus einem keramischen Material, wie etwa Aluminiumoxid, ausgeführt, und weisen einen doppelt gestutzten konusförmigen Kopf auf, wie in 3 zu ersehen. Das untere Ende des Stiftes ist abgerundet. Der Stift 162 weist einen Durchmesser von 3,53 mm (0,139 inch) auf, und die Hohlzapfenführung weist einen inneren Durchmesser von 3,99 mm (0,157 inch) auf.
Die Abdeckplatte oder Abschirmung 148, die den Aluminiumsockel 136 abdeckt, ist eine keramische (vorzugsweise Aluminiumnitrid-)Scheibe, die in ihrem Zentrum einen abwärts verlaufenden Hohlzapfen (Führungsmerkmale) 166 aufweist, der angeordnet ist, sich winkelmäßig an den vier Stellen der Löcher 164 in der Sockelheizplatte 136 (siehe 14, 20) auszurichten. Die Aluminiumnitrid-Abschirmscheibe 148 ist auf der Oberseite des Wafer-Haltesockels 136 platziert und schließt in ihrer Mitte einen Abwärtsvorsprung oder eine Zinke 168 ein, die mit einem engen Freiraum, ungefähr 0,38 mm (0,015 inch) in ein eine Zinke aufnehmendes Loch 171 in der Mitte der Oberseite des Sockels 136 passt. Die vier Hebestiftlöcher 164 (siehe 14) sind über den Sockel nicht gleichförmig verteilt, bilden aber ein Rechteck mit zumindest einer Seite, die breiter als die Breite eines Robotermessers (ein dünner, flacher Stab) ist, um welches die Hebestifte 162 den Wafer heben müssen. Die Aluminiumnitrid-Abdeckplatte 148 schließt eine obere zentrale Oberfläche 154 (ungefähr 0,040'' oder 1,02 mm dick) ein, auf welcher der Wafer (nicht gezeigt) gehalten wird. Die Wafer-Halteoberfläche 154 ist von einem ringförmig erhobenen Umfangsflansch 155 umgeben, so dass der Wafer während einer Bearbeitung genau angeordnet ist.
Der Unterschied in Raten einer thermischen Ausdehnung zwischen dem Aluminiumsockel oder der -platte 136 (hohe thermische Ausdehnungsrate) und der keramischen Abdeckung oder Abschirmung 148 (niedrige Ausdehnungsrate) erfordert es, dass eine Bewegung zwischen diesen beiden Stücken zugelassen wird. Zurückliegende Auslegungen erfuhren eine relative Bewegung zwischen der dielektrischen Abdeckung und dem Sockel in unvorhersagbaren Richtungen als Reaktion auf Temperaturänderungen. In unserer Abschirmung 148 (14) und unserem Sockel 136 (15–16) passt ein ringförmiger zentraler Stift 168, der unterhalb des Zentrums der Abschirmung vorsteht, satt in ein zentrales Loch 171 auf dem Sockel, um die Abschirmung 148 auf dem Sockel präzise zu zentrieren, und ein ringförmiger Justierstift 166, der unter einer weiteren Stelle auf der Abschirmung 148 vorsteht, passt mit einem länglichen Loch 172 in dem Sockel 136 zusammen, um die Abschirmung 148 an einer Drehbewegung zu hindern, während einer Radialbewegung zwischen der Abschirmung 148 und dem Sockel 136 in Reaktion auf Temperaturänderungen zugelassen wird.
Wie in den 15 und 16 zu ersehen, ist eine lange Achse 176 des länglichen Lochs 172 entlang eines Radius des Sockels orientiert. Die lange Achse ist lang genug, um die maximale erwartete differentielle thermische Ausdehnung zwischen der Abschirmung und dem Sockel aufzunehmen. Die kurze Achse 174 ist senkrecht zu dem Radius orientiert (d.h. in einer tangentialen, azimutalen oder Umfangsrichtung orientiert) und ist gerade breit genug, um den Justierstift 166 aufzunehmen.
In unserer bevorzugten Ausführungsform ist das längliche Loch 172 eine Absenkung an dem oberen Ende einer der vier Bohrungen 164, die einen Hebestift 162 einschließen (siehe 11), und der ringförmige Justierstift 166 fungiert als eine Führungsmanschette für den Hebestift. Jedoch könnte das längliche Loch 172 an jedweder Stelle auf dem Sockel entfernt von dem Zentrum sein, anstelle dass es mit einer Hebestiftbohrung zusammenfällt, wobei in diesem Fall der der Justierungsstift 166 nicht als eine Hebestift-Führungsmanschette fungieren würde.
Jede der drei anderen Hebestiftbohrungen 164 in dem Sockel 136 weist eine Absenkung 170 auf, die mit einer entsprechenden Führungsmanschette 166 zusammenpasst, die unterhalb der Abschirmung 148 vorsteht. Jede dieser drei Absenkungen 170 stellt einen großen Freiraum um die Anpassführungsmanschette 166 bereit, so dass sie in einem Fall einer unterschiedlichen thermischen Expansion der Abschirmung und des Sockels nicht interferieren werden. In unserer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser jeder dieser drei Absenkungen 170 gleich der Länge der langen Achse 176 des länglichen Loches 172.
Aluminiumnitridkeramik ist das bevorzugte Material für die Abschirmplatte 148, weil sie eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Toleranz gegenüber einer thermischen Belastung aufweist. Jedoch ist Aluminiumnitrid sehr teuer zu fertigen, und es ist nicht einfach, ein einziges Stück zu fertigen, das sowohl die Oberseite als auch die Seiten des Sockels oder der Platte 136 bedecken wird, wie es notwendig ist, um sie vor korrosiven Prozessgasen zu schützen. Eine hohe thermische Leitfähigkeit wird in dem Material, das jene Abschnitte des Sockels abschirmt, die dem Halbleiter wafer, d.h. der zylindrischen Seite des Sockels, und dem Umfang der oberen Fläche des Sockels nicht direkt unterliegen, nicht benötigt. Deswegen werden diese Abschnitte des Sockels durch einen äußeren Aluminiumoxid-Abschirmring 150 mit einem "L"-förmigen Querschnitt geschützt. Der innere, horizontale Abschnitt 152 des äußeren Abschirmrings 150 überlappt den Umfang 156 der Aluminiumnitridscheibe 148 außerhalb des erhobenen Umfangsflansches 155. Der äußere Abschirmring 150 weist auch einen abhängenden Rand 158 auf, der teilweise herab an der zylindrischen Seite des Sockels 136 verläuft. Der Freiraum zwischen dem Rand 158 und dem Umfang des Sockels 148 ist groß genug, um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung aufzunehmen, aber klein genug, um den Sockel substanziell vor einem Kontakt mit korrosiven Prozessgasen abzuschirmen.
Der äußere Ring 150 ruht auf dem Umfang der oberen Fläche des Sockels, außerhalb des Umfangs der Abschirmplatte 148. Ein vertikaler Spalt zwischen dem horizontalen Überlappungsbereich 152 und dem Umfangsabschnitt 156 der Abschirmplatte 148 verhindert eine vertikale Störung und ein unbeabsichtigtes Anheben der Stücke. Der zentrale Bereich der Abschirmplatte 148 weist typischerweise eine Dicke von 0,5 mm (0,020 inch) bis 2 mm (0,080 inch) auf, oder spezifisch 1 mm (0,04 inch) in der veranschaulichten Implementierung. Der erhobene Umfangsabschnitt 156 weist typischerweise eine Dicke von 0,8 mm (0,03 inch) bis 2,5 mm (0,1 inch) auf, oder spezifisch 1 mm (0,040 inch) in der veranschaulichten Implementierung.
7. Dielektrische Auskleidung auf der Kammerwand
Wie oben beschrieben, ist unser Wafer-Haltesockel oder unsere -platte 136 von einer korrosionsbeständigen Abschirmung 148 abgedeckt, um den Sockel vor einer Korrosion durch Prozessgase zu schützen, insbesondere während des Plasmaätzprozesses, der für eine Reinigung der Kammer zwischen Abscheideprozessen verwendet wird. Wie auch oben beschrieben, wird das Plasma während sowohl einem Ätzen als auch einer Abscheiung durch ein Anlegen einer HF-Spannung zwischen dem Wafer-Haltesockel und der Gasverteilungsplatte 122 angeregt. Die Abschirmung 148 ist im allgemeinen ein Dielektrikum, so dass es die elektrische Impedanz zwischen dem Plasma und dem Sockel erhöht. Wenn die Aluminiumkammer-Seitenwand 134 dem Plasma ausgesetzt wäre, würde sie einen niedrigeren Impedanzpfad für einen Strom aus dem Plasma darstellen, und deswegen würde sie das Plasma, das die Abscheideprozess-Reagenzien enthält, in unerwünschter Weise von dem Halbleiterwafer weg ablenken, wodurch die Rate einer Abscheidung auf dem Wafer abgesenkt wird, und in unerwünschter Weise Material auf den Kammerwänden abgeschieden wird.
Dieses Problem kann durch ein Abdecken der inneren Oberfläche der zylindrischen Kammerwand mit einem dielektrischen Überzug überwunden werden, der eine elektrische Impedanz zwischen der Kammerwand und dem Plasmakörper auferlegt, die substanziell größer als die elektrische Impedanz zwischen dem Sockel und dem Plasmakörper ist. Eine hohe elektrische Impedanz kann erreicht werden, indem der dielektrische Überzug auf der Wand viel dicker als die Abschirmscheibe auf dem Sockel gemacht wird, und wahlweise, auch durch ein Wählen eines Materials für den Wandüberzug mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als das Material der Abschirmplatte.
In unserer Abscheidekammer ist die Innenseite der Kammer von oberen und unteren ringförmigen dielektrischen Auskleidungen 234 und 236 (obwohl eine einzige Auskleidung verwendet werden könnte). (Seihe 1 und 2.) Die obere Auskleidung ruht auf der unteren Auskleidung, die auf einem Absatz 251 auf der Kammerwand ruht. Zusätzlich ist die innere Oberfläche des Kammerdeckels 221 von dem Isolator 120 abgedeckt, der oben hinsichtlich seiner Funktion eines Isolierens der Gasverteilungsplatte 122 von dem Kammerdeckel beschrieben wurde.
In unserer Implementierung bestehen die oberen und unteren Wandauskleidungen 234 und 236 jeweils aus Aluminium, ungefähr 25 mm (ein inch) dick, und der Deckelisolator 120 ist ungefähr 25 mm (ein inch) dick. Im Gegensatz dazu ist die Sockelabschirmplatte 148 nur ungefähr 1 mm (0,040 inch) dick. Zusätzlich ist, wie oben beschrieben, die Abschirmplatte 148 von einer sehr gleichförmigen Dicke, und die obere Sockelfläche ist sehr glatt eloxiertes Aluminium, um so die geringst mögliche und räumlich gleichförmigste Impedanz zwischen dem Sockel und dem darauf gehaltenen Wafer bereitzustellen. Deswegen ist die Impedanz zwischen dem Sockel und dem Plasmakörper viel geringer als die Impedanz zwischen der Kammerwand und dem Plasmakörper. Dies fördert eine Effizienz und Gleichförmigkeit einer Abscheidung auf dem Halbleiterwafer. (Um eine Nicht-Gleichförmigkeit zwischen der Kante und dem Zentrum des Wafers zu minimieren, ist die Gasverteilungsplatte auch größer als der Waferdurchmesser, vorzugsweise ungefähr 20 Prozent.)
8. Oberer Aufbau
Wie in 1 und 6 gezeigt, ist die Gasverteilungsendplatte 122, die vorzugsweise aus Aluminium ausgeführt ist, elektrisch von dem umgebenden Kammerdeckel 221 durch einen (ein) ringförmigen(es) Isolator oder Trenner 120, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, isoliert. Die kreisförmige Gasverteilungsendplatte 122 wird von einem umgebenden Flansch 124, gezeigt in 6, gehalten. Der Flansch 125 ruht auf der Oberseite des Isolators 120 und wird von ihm mit O-Ringabdichtungen 274 abgedichtet, wie in den 1, 2 und 6 ersehen. Die Unterseite 127 der Endplatte 122 schließt Gasverteilungslöcher 121 ein, durch welche das Prozessgas abwärts zu einem Substrat gerichtet wird, das verarbeitet wird. Der Gaseinlassverteiler 126 schließt einen geringfügig überlappenden Flansch ein, mit welchem ein O-Ring 253 den Verteiler 126 mit der Oberseite des Endplattenflansches 125 abdichtet. Der untere Teil der Endplatte 122 ist den Bearbeitungskammerbedingungen auf einer Vakuum-(Bearbeitungskammer-)Seite der inneren und äußeren Endplattendichtungen ausgesetzt, während die Oberseite des Flansches 125 der Endplatte 122 der Atmosphäre ausgesetzt ist.
Die wie oben beschriebene Konfiguration der Bearbeitungskammer stellt geschichtete und verschachtelte Stücke bereit, die nur durch Oberflächen mit O-Ringdichtungen verbunden sind, wodurch sämtliche mit Gewinde versehenen Verbindungen innerhalb der Bearbeitungskammer beseitigt werden und dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung der Bearbeitungskammer aufgrund der mit Gewinde versehenen Verbindungen verringert wird, die, wenn sie angezogen werden, Partikel abschälen können, die das Halbleitersubstrat, das in der Kammer verarbeitet wird, verunreinigen könnten. Diese von Gewinden freie Konfiguration minimiert auch die Kammer-Wiederherstellungszeit und die Anzahl von Wafern, die durchgeschickt werden müssen, um die Kammer zu stabilisieren, um stabile Betriebsbedingungen zu erreichen und schwebende Partikel nach einem Kammer-Wiederzusammenbau zu beseitigen.
Die HF-Energieversorgungsverbindung durch einen Verbinder 298 (4) zu der Endplatte 122 ist auf der Nicht-Vakuumseite der inneren 274 und äußeren 253 Dichtungen der Endplatte 122 ausgeführt. Insbesondere ist die Verbindung auf der Oberseite des Endplattenflansches 125 ausgeführt. Weil der HF-Verbinder 298 außerhalb des Vakuumeinschlusses der Bearbeitungskammer ist, können jedwede Partikel, die durch ein Reiben oder Bogenziehen innerhalb des HF-Verbinders erzeugt werden, nicht in die Kammer eindringen, und somit können sie die Halbleitersubstrate, die verarbeitet werden, nicht verunreinigen.
Die 1, 2 und 6 zeigen den Deckelisolator 120, der in die mittlere Öffnung des Kammerdeckels 221 mit einem O-Ring 270 eingepasst ist, der zwischen den beiden Oberflächen abdichtet. Die Gasverteilungsendplatte 122 ist innerhalb des Isolators 120 angeordnet und mit ihm durch einen O-Ring 274 abgedichtet. Die Gasverteilungsendplatte 122 weist mehrere Löcher auf ihrem Umfangsflansch auf, wobei jedwedes von diesen verwendet werden kann, um mit der HF-Energieversorgung zu verbinden.
1 zeigt den Aufbau der Blockplatte 124 als einen Teil der Einlassverteilers 126. Die Blockplatte 124 ist an dem Einlassverteiler unter Verwendung von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen angebracht. Die Blockplatte stellt mehrere Löcher um und über ihre Oberfläche bereit, um das Gas zuerst zu diffundieren, das durch den Gasverteilungsverteiler 126 zu der Unterseite (Rückseite) der Gasverteilungsendplatte 122 strömt. Ein O-Ring 253 dichtet den Eingangsverteiler 126 gegen die Oberseite des Flansches 125 der Endplatte 122 ab, wie in den 1, 2 und 6 gezeigt.
5 zeigt einen isolierten Einlassgasverteiler 296, der die Einlassöffnungen über Gasdurchgänge auf dem Deckel 221 mit den Einlassgasdurchgängen 284, 285 (6) auf dem Einlassverteiler 126 verbindet. Der Einlassgasverteiler 296 schließt verbolzte metallische Verbindungen an jedem seiner Enden mit einer zentralen Verbindung oder Überbrückung eines nicht-leitfähigen temperaturbeständigen Materials, wie etwa Aluminium ein. In dieser Konfiguration wird Gas von dem Bearbeitungskammerkörper über den Deckel 221 in den Einlassgasverteiler 296 und dann in den Endplatten-Einlassverteiler 126 geleitet. Der isolierte Einlassgasverteiler 296 verhindert es, dass die erregte Gasverteilungsendplatte 122 an den Deckel 221 geerdet wird. Eine isolierte Stab-(Träger-)Klammer sichert den Gaseinlassverteiler an dem Deckel 221.
Klammerstützen sind an diagonalen Ecken des Deckels 221 positioniert. Ein Isolationsabdeckstück 288, das aus einem nicht-leitfähigen Material (wie etwa Teflon) ausgeführt ist, ist über dem Isolator-Einlassgasverteiler 296 positioniert. Eine Klammer drückt und klammert sämtliche der Stücke der Endplattenkonfiguration zusammen.
Die 1 und 2 zeigen ein Fenstermaterial 230 (vorzugsweise aus Einkristallsaphir) ausgeführt, da es nicht-reaktiv mit Fluor ist), das in einer Position durch einen O-Ring in dem De ckel 221 über der Beobachtungsanschlussöffnung 232 des Deckels 221 durch ein UV-Filter 233 gesichert und abgedichtet ist.
4 zeigt eine Ansicht der HF-Verbindung durch den Deckel 221 zu einem der Umfangslöcher der Gasverteilungsendplatte 122 und ein ähnliches Loch in dem Einlassverteiler 126. Der HF-Versorgungsdurchgang in dem Deckel 286 ist mit einem isolierenden Durchgangselement 263 eingepasst, die einen mit einer Gleitfeder vorgespannten HF-Versorgungsstift 294 in einer ausgesparten Öffnung umgibt. Ein leitfähiger Bügel 298 ist mit dem HF-Versorgungsstift 294 verbunden und auch mit einer mit einem Gewinde versehenen Verbindung mit der Gasverteilungsendplatte 122 und dem Einlassverteiler über den Deckel 221 verbunden. Eine isolierende obere Abdeckung 264 deckt die ausgesparte Öffnung des Isolatorelements 263 ab. Die Stelle des HF-Durchgangs ist auf der ganz rechten Seite der 6 gezeigt.
7 zeigt den unteren Kammerkörper 134 und seine Merkmale. Der Körper 134 weist einen HF-Versorgungsleiterdurchgang 287 in seiner linken hinteren Ecke außerhalb einer O-Ring-Nut 304 und eine HF-Dichtungsnut 305 auf. Innerhalb der Nuten liefert ein Paar von Gasversorgungsdurchgängen 302, 303 Gas zu den Deckeldurchgängen 284, 285 (6). Die Wand des Kammerkörpers 134 und die untere Ringbuchse 236 schließen die Einführungs-/Entfernungsöffnung 142 ein, wie zuvor für die 1 diskutiert. Die Konfiguration des Körpers 134 schließt einen Vakuumgasdurchgang 239 und ein Vakuumabsperrventil 240 (1) ein, das in dem Vakuumabsperrventil-Aufnahmeloch 241 angeordnet ist und gegen die Dichtoberflächen 246 abgedichtet ist, wie früher diskutiert und in den 1, 2 abgebildet.
7 zeigt weiter eine explosionsartige Ansicht der Anordnung der inneren Stücke des Kammerkörpers 134. Der Stifthebering 237 passt unter den Sockel 135. Die untere Seitenwandbuchse 236 und die obere Seitenwandeinlage 235, die eine keramische Wandeinlage bilden, werden durch einen Absatz 251 auf der inneren Wand 265 des unteren Bearbeitungskammerkörpers 134 gehalten. Der bereits zusammengesetzte Sockel 135 (Halteplatte, Steven und Abdeckplatten) wird in Position gebracht. Zuletzt werden die Hebestifte 162 an Ort und Stelle abgesenkt.
9. Justierbare Sockelneigung
Wie in den 1, 3 und 8 gezeigt, wird ein Halbleiterwafer in einen unteren Kammerkörper 134 durch eine Einführungs-/Entfernungsöffnung 142 eingeführt und von ihm entfernt. Während einer Einführung und einer Entfernung ist eine Sockel-Waferhalteplatte 136 (durch einen Sockelhebungs- und -absenkungsmechanismus) unterhalb der Einführungs-/Entfernungsöffnung 142 positioniert, so dass sich ein Roboterarm (nicht gezeigt) in die Kammer bewegen kann, ein Wafer von dem Roboterarm durch Hebestifte 162, die durch einen Hebestiftring 237 gehoben werden, der von einer Hebestiftring-Halteröhre 243 gehalten wird, abgehoben werden kann.
Eine Reihe von vier Wafer-Hebestiften 162 ist in Wafer-Hebestiftführungszapfen durch die Aluminiumnitrid-Beschichtung, die die mittlere Oberfläche des Sockelheizelements abdeckt, bereitgestellt. Die Wafer-Hebestifte 162 werden von ihren Führungszapfen in der Abdeckplatte durch einen Wafer-Hebestiftring 237 angehoben und abgesenkt, der die Unterseite der Hebestifte 162 kontaktiert. Der Hebering 237 wird durch die Wafer-Hebestiftring-Halteröhre 243 gehalten und auf- und abbewegt, die sich erhebt und herabsenkt, um die Hebestifte von der Oberfläche des Sockelheizelements zu erheben oder sie abzusenken.
Die Wafer-Hebestiftring-Halteröhre 243 umgibt den Sockelsteven 190 und hilft bei einem Isolieren der Bälge 267, 268, die zwischen dem Ende des Stevens 190 und der Unterseite der Bearbeitungskammer angebracht sind, von einer thermischen Energie, die von dem Steven 190, der Sockelplatte 136 und der Innenseite der Bearbeitungskammer abstrahlt.
8 zeigt den unteren Bearbeitungskammerkörper 134 umgedreht, und den Sockelhebemechanismus 143 in einer Position, an dem Körper 134 angebracht zu werden. Eine Reihe von Bälgen 267, 268 erlauben eine freie Bewegung des Sockels aufwärts und abwärts, und erlauben auch eine gewisse winkelmäßige Bewegung. Weil die Dicke einer abgeschiedenen Schicht in einem PECVD-Prozess empfindlich auf eine Entfernung zwischen der Gasverteilungsendplatte und der Oberfläche des Wafers, der verarbeitet wird, ist, ist es wichtig, Justierungen aufzuweisen, um eine Parallelität zwischen diesen beiden Oberflächen aufrechtzuerhalten. Ein Abstandshalter 249 (8, 9) hält die Sockelhalterung und den Hebeantriebsmechanismus 143 auf einer Reihe von drei Justierschrauben oder -elementen 247, von denen nur eines) in 8 gezeigt ist. Die Abstandshalterplatte 249 schließt drei weit beabstandete Löcher in einem dreieckförmigen Muster ein, die ein Ausgleichen der Oberseite des Sockels durch ein Justieren einer oder mehrerer der drei Justierschrauben oder -elemente 247 in situ erlauben. Die Anordnung der drei Justierschrauben sollte einen rechten Winkel zur Erleichterung einer Justierung bilden, wie in 9 gezeigt.
Während eines Betriebs sind die Bearbeitungskammer-Prozessgas- und HF-Versorgungen dauerhaft fixiert und werden der Unterseite der Bearbeitungskammer zugeführt. Die Gasdurchführungs- und HF-Verbindungsdurchgänge in der Unterseite der Bearbeitungskammer 133 schließen an den Deckel 221 der Bearbeitungskammer an. Wenn der Deckel der Bearbeitungskammer aufgeklappt wird, wird der Gasdurchgang zu der Gasverteilungsendplatte und die HF-Verbindung zu der Gasverteilungsendplatte unterbrochen. Verriegelungssensoren können die Gasströmung und die HF-Energieversorgung automatisch absperren, wenn der Bearbeitungskammerdeckel hochgehoben wird. Unter normalen Bedingungen, wenn ein Vakuum in der Bearbeitungskammer vorhanden ist, wird es die Kraft des Atmosphärendrucks auf die Außenseite des Deckels verhindern, dass der Deckel angehoben wird.
Gemäß einem spezifischen Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung mit einer Vakuum-Bearbeitungskammer, um darin ein Substrat an einer Substrat-Bearbeitungsstelle zu bearbeiten, einer Substrathalterung zum Haltern des Substrates an der Substrat-Bearbeitungsstelle; und einer Gasverteilungsendplatte gegenüber und im Allgemeinen parallel zu der Substrathalterung, um Prozessgas zu der Substrat-Bearbeitungsstelle zu leiten, wobei die Kammer eine innere Kammeroberfläche beinhaltet, die zu der Substrat-Bearbeitungsstelle benachbart ist und diese umgibt, wobei eine oder mehr Öffnungen in der inneren Kammeroberfläche mit einer Vakuumumleitung in einer Wand der Kammer in Verbindung stehen, die Leitung umgibt im Allgemeinen die Substrat-Bearbeitungsstelle, die Vakuumleitung ist mit einem Vakuumsystem verbunden, die eine oder mehrere Öffnungen sind gleichmäßig auf 360° eines Umfangs um eine zentrale Achse der Substrathalterung bei der Wafer-Bearbeitungsstelle verteilt; und wobei eine Drosselregion für den Fluss durch jede der eine oder mehrere Öffnungen im Allgemeinen gleichmäßig um die zentrale Achse des Substrats verteilt ist.
Bevorzugt sind eine oder mehr Öffnungen in der inneren Kammeroberfläche derart konfiguriert, dass sie im Allgemeinen äquidistant von einer Mitte des Substrates ist, das sich an der Substrat-Bearbeitungsstelle befindet.
Die eine oder mehreren Öffnungen sind in der inneren Kammerwand ein 360°-Schlitz zwischen einem Deckel und einem Körper der Kammer, wobei die Vakuumleitung hinter dem Schlitz zwischen einer oberen Fläche des Körpers der Kammer und einer unteren Fläche des Deckels der Kammer konfiguriert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Steuern einer Prozessgasverteilung über der Oberfläche eines Halbleitersubstrats in einer Halbleiterbearbeitungskammer zur Verfügung gestellt, die einen oberen und einen unteren Bereich hat mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Bearbeitungskammer mit (i) einer Prozessgasquelle; (ii) einer Abgasleitung, die in dem oberen Bereich der Bearbeitungskammer angeordnet ist; und die kontinuierlich entlang des Umfangs des oberen Kammerbereichs verteilt ist und (iii) ein Vakuumanschluss, der mit der Abgasleitung in Verbindung steht, um Prozessgas von der Kammer in die Abgasleitung und aus der Bearbeitungskammer zu ziehen; b) Einführen von Prozessgas in die Bearbeitungskammer und c) Ziehen von Prozessgas direkt von der Bearbeitungskammer in die kontinuierliche Umgangs-Abgasleitung, wobei die Anordnung und Konfiguration der Abgasleitung im Allgemeinen eine Gasströmungsgleichförmigkeit über einer Oberfläche des Substrats während einer Substratbearbeitung zur Verfügung stellt.
Bevorzugt hat die kontinuierliche Umfangs-Abgasleitung eine im Allgemeinen runde Konfiguration. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel enthält die obere Region die obere Elektrode und die untere Region enthält einen Suszeptor und das Substrat.
In einem weiterführenden Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, diese beinhaltet: einer Vakuum-Bearbeitungskammer zum Bearbeiten eines Substrats; eine Substrathalterung zum Haltern des Substrats an einer Substrat-Bearbeitungsstelle in der Vakuum-Bearbeitungskammer; einem Gaseinlass, um Prozessgas in der Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des Substrats zur Verfügung zu stellen; wobei die Kammer eine oder mehrere Öffnungen in einer inneren Kammeroberfläche enthält, die mit einer Vakuumleitung in einer Wand der Kammer kommunizieren, die Vakuumleitung ist mit einem Vakuumsystem verbunden, wobei eine Verbindung von der Leitung zu dem Vakuumsystem zumindest teilweise konfiguriert ist, um durch einen lateralen Vakuumsleitungs-Erweiterungsteil der Bearbeitungskammer zu führen, wobei eine Fläche des lateralen Erweiterungsteils einen Beobachtungsfensteranschluss durch eine Wand der Kammer enthält, der Beobachtungsfensteranschluss ist abgedichtet, so dass die Innenseiten des lateralen Erweiterungsteils der Vakuum passage betrachtet werden kann, indem durch ein Fenster, das als ein Teil der Dichtung des Beobachtungsfensteranschlusses dient, gesehen wird.
Bevorzugt ist das Fenster, das als ein Teil der Dichtung dient, durch das geschaut werden kann, aus Saphire.
Vorteilhafterweise enthält die Bearbeitungskammer einen Deckel und einen Körper, wobei die Vakuumleitung zwischen dem Deckel und dem Körper ist.
Im Speziellen ist die laterale Erweiterung zwischen dem Deckel und dem Körper angeordnet. In einer weiteren Version ist der Betrachtungsfensteranschluss in dem Deckel. In einer weiteren Ausführungsform enthält der laterale Erweitungsteil der Unterseite des Deckels ein Betrachtungsfensteranschluss durch den Deckel, wobei der Betrachtungsfensteranschluss auf einer Oberseite des Deckels abgedichtet ist, so dass die Innenseiten des lateralen Erweiterungsteils der Vakuumpassage betrachtet werden kann, indem durch ein Fenster, das als Teil der Dichtung des Betrachtungsfensteranschlusses dient, gesehen wird.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen der Oberflächenbedingung an der Innenseite einer Substrat-Bearbeitungskammer mit den Schritten zur verfügung gestellt: Bereitstellen einer Vakuumleitung in der Wand der Bearbeitungskammer durch die Prozessgas in der Kammer in ein Vakuumsystem evakuiert wird; Leiten des Prozessgases von der Vakuumleitung zu dem Vakuumsystem durch einen lateralen Vakuumleitungs-Erweitungsteil; Beobachten der Oberflächenbedingungen auf der Innenseite des lateralen Erweiterungsteils durch das Fenster einer Beobachtungsanschlussöffnung zu dem lateralen Erweiterungsteil.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, beinhaltend: eine Wafer-Auflage; eine keramische Abdeckeinsatzplatte, die auf der Wafer-Auflage gehalten wird und die einen zentralen Teil einer oberen Fläche der Wafer-Auflage substantiell abdeckt, die Abdeckeinsatzplatte enthält eine zentrale Nabe, die in eine korrespondierende Aufnahmeöffnung in einer oberen Fläche der Wafer-Auflage für eine zentrale Nabe passt, die Abdeckeinsatzplatte enthält Haltemerkmale für Waferanhebestifte an Orten, die mit Anhebestiftlöchern in der Wafer-Auflage korrespondieren, jedes Merkmal der Merkmale enthält eine vorstehende Nabe, die aus der Rückseite der Abdeckeinsatzplatte ragt, zumindest eine der vorstehenden Naben passt in ein Langloch in der Oberseite der Platte mit einer Weite senkrecht zu einer radialen Linie von der Aufnahmeöffnung für die zentrale Nabe zu dem Langloch, die im Allgemeinen ähnlich zu dem Durchmesser der Nabe in derselben Richtung ist, während das Langloch eine Länge entlang der Richtung der zuvor genannten radialen Linie besitzt, die substantiell länger ist als ein Durchmesser des Waferhebe-Haltemerkmals entlang der radialen Linie, so dass der Bereich der unterschiedlichen Bewegung zwischen der Abdeckeinsatzplatte und der Wafer-Auflage bei in dem Aufnahmeloch für die zentrale Nabe positionierter zentraler Nabe sich der Bewegung zwischen der Abdeckeinsatzplatte und der Wafer-Auflage ohne Störung anpasst, bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zwischen der Abdeckeinsatzplatte und der Wafer-Auflage, wenn die Abdeckeinsatzplatte und die Wafer-Auflage Temperaturbedingungen einer Substratbearbeitungsumgebung ausgesetzt sind.
Bevorzugt ist die Wafer-Auflage aus einem thermisch leitfähigen Material mit einem darin eingebetteten Heizelement, mit von dem Heizelement von einer Rückseite der Wafer-Auflage ausgehenden Leitungen, gemacht.
In einer spezifischen Version enthält die Wafer-Auflage eine Temperatursensoraufnahmeöffnung an der Rückseite der Wafer-Auflage. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung einen Steven mit einer oder mehr Öffnungen um eine Durchführung für die Heizleitung und einen Temperatursensor, der in das Temperatursensoraufnahmeloch ragt, zur Verfügung zu stellen, der Steven ist gasdicht abgedichtet und an der Rückseite der Wafer-Auflage angebracht und enthält den Ort, wo der Heizdraht sich von der Rückseite der Wafer-Auflage erstreckt und das Temperatursensor-Aufnahmeloch offen an der Rückseite der Wafer-Auflage ist, so dass die Vorrichtung an nur einem Vorrichtungshalteteil angebracht sein kann und von diesem gehalten werden kann, das an einem Unterteil des Steven und eines zentralen Kerns des Steven angebracht ist, inklusive der Möglichkeit, dass die eine oder mehrere Öffnungen atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt sind, während ein substantieller Teil der äußeren Fläche des Stevens Vakuumbedingungen ausgesetzt ist in einer Vakuumkammer, wenn der Steven abgedichtet in einer Vakuum-Bearbeitungskammer montiert ist.
Bevorzugterweise führen alle der vorstehenden Naben, die anders sind als der zumindest eine vorstehende Nabe, die konfiguriert ist, um in das Langloch zu passen, in Wafer-Stiftlöcher, die konfiguriert sind, um die alle der vorstehenden Naben, die anders sind als die zumindest eine vorstehende Nabe aufzunehmen, ohne Kontakt zwischen einer Seite der alle der vorste henden Naben, die anders sind als die zumindest eine vorstehende Nabe und zwischen Kanten der Löcher für die Wafer-Hebestifte.
In einer weiteren Version enthält die Vorrichtung darüber hinaus einen Kantenring, der aus einem keramischen Material gemacht ist, und im Allgemeinen eine „L"-förmige Sektion hat, so dass ein erster Schenkel der „L"-förmigen Sektion einen Ring um den Umfang formt, der mit der äußeren Kante der Abdeckeinsatzplatte überlappt und einen zweiten Schenkel der „L"-förmigen Sektion formt eine Randleiste um die äußere Fläche der Wafer-Auflage.
Vorteilhafterweise enthält die keramische Abdeckeinsatzplatte einen erhöhten Ring, der eine Substrataufnahmefläche im zentralen Bereich oben auf der Abdeckeinsatzplatte umgibt.
Bevorzugt enthält die Abdeckeinsatzplatte weiter einen Umfangsbereich außerhalb des erhöhten Rings, wobei der erste Schenkel der „L"-geformten Sektion mit dem Umfangbereich außerhalb des erhöhten Rings überlappt.
Weiter bevorzugt überlappt der erste Schenkel der „L"-förmigen Sektion nicht mit dem erhöhten Ring. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist die Abdeckeinsatzplatte aus Aluminiumnitrid. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kantenring aus Aluminiumoxid.
In einem weitern Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, diese beinhaltet: einer Wafer-Auflage, gebildet aus einem thermisch leitfähigen Material mit einem Heizelement, das darin eingebettet ist, mit einer Leitung des Heizelementes, die sich von der Rückseite der Wafer-Auflage erstreckt; die Wafer-Auflage beinhaltet eine Öffnung zum Aufnehmen eins Temperatursensors, die zur Rückseite der Wafer-Auflage geöffnet ist, und wobei das in dem thermisch leitfähigen Material eingebettete Heizelement eine einzige kontinuierliche Heizschleife umfasst, die derart konfiguriert ist, dass Heizelemente im Allgemeinen parallel zueinander sind, im Allgemeinen den Linien konzentrischer Kreise folgen, die im Allgemeinen in der Wafer-Auflage zentriert sind; die Heizelemente kreuzen einander nicht; ein äußerer Teil des Heizelementes verläuft in der Nähe eines Umfangs der Auflage und bildet an seinem Ende eine Schleife zu einem inneren Teil des Heizelementes, der entlang eines Pfades eines Kreises, der konzentrisch zum Pfad des äußeren Elements ist, und eine vorbestimmte Entfernung von dem äußeren Pfad entfernt ist, wobei Heizenergie zu der Wafer-Auflage in einem Muster zugeführt wird, das darin mitwirkt, einem im Allgemeinen gleichförmige Temperatur entlang der Oberfläche der Wafer-Auflage zu erhalten.
Bevorzugt ist die Leitung des Heizelementes innerhalb der Wafer-Auflage an einem Ort verbunden, der versetzt ist von dem Ort, an dem die Leitung aus der Rückseite der Wafer-Auflage heraustritt.
In einer spezifischen Version ist eine Kühlröhre in einer Wafer-Auflage eingebettet, die Kühlröhre umfasst Röhrenenden, die sich von der Rückseite der Platte an einem Ort erstrecken, der in der Nähe des Ortes ist, an dem die Leitung des Heizelementes aus der Wafer-Auflage heraustritt.
Bevorzugt ist die die Kühlröhre derart konfiguriert, um entlang eines Kreises konzentrisch zu den konzentrischen kreisförmige Pfaden zu laufen, die durch den inneren Teil und den äußeren Teil des Heizelementes gefolgt sind; der konzentrische Kreises entlang dessen die Kühlröhre läuft hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des konzentrischen Kreises, der durch den äußeren Teil des Heizelementes gebildet ist, und einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des konzentrischen Kreises, der durch den inneren Teil des Heizelementes gebildet ist.
Vorteilhafter Weise ist die Kühlröhre in der Wafer-Auflage in einer Ebene eingebettet, die eine größere Entfernung von der Oberfläche der Wafer-Auflage als das Heizelement hat.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung ein Substrat an einer Substrat-Bearbeitungsstelle in einer Vakuum-Bearbeitungskammer hält, die gegenüber einer Gasverteilungsendplatte ist, wobei die Kammer eine innere Kammeroberfläche benachbart zu und umgebend die Substrat-Bearbeitungsstelle enthält, wobei eine oder mehr Öffnungen in der inneren Kammeroberfläche mit einer Vakuumleitung kommunizieren, die die Substrat-Bearbeitungsstelle umgeben, die Vakuumleitung ist mit einem Vakuumsystem verbunden, wobei die eine oder mehr Öffnungen in der Kammer konfiguriert sind, um eine im Allgemeinen gleichförmige Verteilung von Gasfluss über das Substrat an der Substrat-Bearbeitungsstelle zur Verfügung zu stellen, wenn Prozessgas von einer Serie von Löchern in der Gasverteilungsendplatte zu der einen oder den mehreren Öffnungen in der Kammer fließt.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, beinhaltend: eine Vakuum-Bearbeitungskammer zum Bearbeiten eines Substrats; einen Substrathalter zum Haltern des Substrats an einer Substrat-Bearbeitungsstelle in der Vakuum-Bearbeitungskammer; einen Gaseinlass, um Prozessgas in die Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des Substrats zu speisen; wobei die Kammer eine oder mehrere Öffnungen in der inneren Kammeroberfläche enthält, die mit einer Vakuumleitung in einer Wand der Kammer kommunizieren, die Vakuumleitung ist mit einem Vakuumsystem verbunden, wobei die Verbindung von der Leitung zu dem Vakuumsystem zumindest teilweise so konfiguriert ist, um in eine Vakuum-Verbindungspassage in dem Körper und zu einer Vakuumventilkörper-Aufnahmeöffnung in dem Körper zu passen; die Vakuumventil-Aufnahmeöffnung enthält einen Ventilsitz zum Dichten der Vakuum-Verbindungspassage in dem Körper von dem Vakuumsystem, wenn ein Vakuumventil in der Vakuumventilkörper-Aufnahmeöffnung angeordnet ist und das Ventil geschlossen ist, so dass die Ventilsitz-Fläche in dem Körper der Kammer abgedichtet ist.
Es ist weiter ein Verfahren zum Heizen eines Vakuum-Abschaltventils zur Verfügung gestellt, das, falls geschlossen, zumindest teilweise eine Substratbearbeitungskammer von einem die Bearbeitungskammer evakuierenden Vakuumsystem isoliert, das Verfahren enthält die Schritte: Bereitstellen einer Passage in einem Körper der Substrat-Bearbeitungskammer, durch das Gas von der Bearbeitungskammer zu einer Vakuumkammer evakuiert wird; Bereitstellen eines Ventilsitzes innerhalb des Körpers zum Absperren; Bereitstellen eines Ventils in dem Körper, so dass, wenn das Ventil geschlossen ist, es mit dem Ventilsitz abdichtet und thermische Energie des Körpers zu dem Ventil transferiert wird, als ob es im Allgemeinen Bestandteil des Körpers sei.

Claims

Eine Vorrichtung beinhaltend: eine Vakuumbearbeitungskammer (133) zum Bearbeiten eines Substrats; eine Substrathalterung (135) zum Halten des Substrats an einem Substrat-Bearbeitungsort (141) in der Vakuumbearbeitungskammer (133); ein Gaseinlass zum Bereitstellen von Bearbeitungsgas in die Bearbeitungskammer (133) zum Bearbeiten des Substrats; wobei die Kammer (133) eine oder mehrere Öffnungen (131) in der inneren Kammerfläche (265) enthält, die mit einem Vakuumkanal (222) in einer Wand der Kammer (133) in Verbindung stehen, und der Vakuumkanal (222) steht mit einem Vakuumsystem in Verbindung, wobei die innere Kammerfläche (265) eine zu dem Substrat-Bearbeitungsort (141) benachbarte keramische Auskleidung (234, 236) enthält, um zu verhindern, dass eine zu dem Substrat-Bearbeitungsort (141) benachbarte Umfangswand eines Körpers (134) der Bearbeitungskammer (133) direkt einem Plasma ausgesetzt ist, das während der Bearbeitung an dem Substrat-Bearbeitungsort (141) vorhanden ist; wobei das obere Ende der keramischen Auskleidung (234), das den Substrat-Bearbeitungsort (141) umgibt, gegenüber einer unteren Fläche eines isolierenden Rings (120) in einem Deckel der Bearbeitungskammer angeordnet ist, wobei eine Lücke eines kontinuierlichen 360°-Schlitzes ausgebildet wird, durch die das Bearbeitungsgas in den Vakuumkanal gezogen wird; und wobei der Vakuumkanal (222) eine durch eine obere Fläche der keramischen Auskleidung (234, 236) definierte erste Wand und eine durch eine äußere Fläche des isolierenden Rings (120) in dem Deckel der Bearbeitungskammer (133) definierte zweite Wand beinhaltet.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine untere Seite der einen oder mehreren Öffnungen (131) und eine untere Seite des Vakuumkanals (222) durch einen oberen Teil der keramischen Auskleidung (234, 236) definiert sind.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine die eine oder mehrere Öffnungen (131) beinhaltende 360°-Schlitzöffnung (131) von dem Substrat-Bearbeitungsor (141) zu dem Vakuumkanal (222) zwischen einem Deckel (221) und einem Körper (134) der Bearbeitungskammer (133) zwischen einem oberen Ende einer oberen Fläche der keramischen Auskleidung (234, 236) in dem Körper (134) und einer unteren Fläche eines isolierenden Rings in dem Deckel (221) angeordnet ist; und wobei der isolierende Ring (120) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
Eine Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei die keramische Auskleidung (234, 236) einen oder mehrere entfernbare Ringe enthält, die im Inneren einer Wand der Bearbeitungskammer (133) benachbart zu dem Substrat-Bearbeitungsort (141) angeordnet sind.
Ein Verfahren zum Schützen der Wand einer Substrat-Bearbeitungskammer mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer erregten Gasverteilungs-Abdeckplatte gegenüber einem Substratsockel (141), der elektrisch geerdet ist; und zur Verfügung stellen einer entfernbaren keramischen Auskleidung (234), deren oberes Ende den Substratsockel umgibt und gegenüber der unteren Fläche eines isolierenden Rings (120) in einem Deckel der Bearbeitungskammer angeordnet ist, wodurch eine Lücke eines kontinuierlichen 360°-Schlitzes ausgebildet wird, durch den das Bearbeitungsgas in den Vakuumkanal gezogen wird, im Inneren der elektrisch geerdeten Wände der Bearbeitungskammer; wobei ein Vakuumkanal (222) beinhaltend eine durch eine obere Fläche der keramischen Auskleidung (234, 236) definierte erste Wand und eine durch eine äußere Fläche des isolierenden Rings (120) in dem Deckel der Bearbeitungskammer (133) definierte zweiten Wand zur Verfügung gestellt wird.