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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Elements, das in einer Kammer einer Plasmabearbeitungsvorrichtung zur Verwendung beim Ätzen oder einer anderweitigen Bearbeitung eines Zielsubstrats angeordnet ist, und spezieller ein Temperatursteuerverfahren zum optimalen Steuern der Temperatur eines Fokusrings, eines Abdeckrings davon oder dergleichen, die in einer Kammer angeordnet sind, um eine stabile Plasmabearbeitung vom Anfangsstadium der Plasmabearbeitung auszuführen.
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Hintergrund der Erfindung
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In einer Plasmabearbeitungsvorrichtung ist typischerweise eine parallele plattenförmige Elektrode, die oberhalb eines Zielsubstrats angeordnet ist, mit einer Mehrzahl von Gaseinspritzöffnungen vorgesehen. Ein Ätzgas wird durch die Gaseinspritzöffnungen zum gesamten Zielsubstrat eingespritzt und in ein Plasma umgewandelt, wodurch gleichzeitig die gesamte Fläche des Zielsubstrats geätzt wird.
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10 ist eine Ansicht, die eine herkömmliche Plasmabearbeitungsvorrichtung schematisch zeigt. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung enthält eine Vakuumkammer 1, in der eine obere Elektrode 21, die Gaseinspritzöffnungen aufweist, und eine untere Elektrode 2, die als ein Substratanbringtisch dient, übereinander angeordnet sind. Ein Fokusring 5, der beispielsweise aus Silizium gefertigt ist, ist auf eine solche Weise vorgesehen, um ein Zielsubstrat, d. h. einen Halbleiterwafer (im Folgenden als Wafer bezeichnet) 15, der auf der unteren Elektrode 2 angebracht ist, zu umgeben.
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Der Wafer 15 wird von einer elektrostatischen Einspanneinrichtung 16 elektrostatisch angezogen. In der elektrostatischen Einspannvorrichtung 16, ist eine flache interne Elektrode 17 installiert, der eine Einspannvorrichtungsspannung von einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) zugeführt wird. Ein Bearbeitungsgas, das in Abhängigkeit der Art der Bearbeitung ausgewählt ist, wird durch die Gaseinspritzöffnungen der oberen Elektrode 21 zum Wafer 15 eingespritzt. Eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führt eine Vakuumevakuierung durch und hält den Druck in der Kammer 1 auf einem vorbestimmten Niveau. Wenn eine Hochfrequenzspannung von einer Hochfrequenzleistungszufuhr 12 zwischen der oberen Elektrode 22 und der unteren Elektrode 2 angelegt wird, wird das Bearbeitungsgas in ein Plasma umgewandelt, wodurch der Wafer 15 als ein Zielsubstrat einer spezifischen Bearbeitung, beispielsweise Ätzen, unterzogen wird.
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In dem Ätzverfahren werden Ausprägungen, wie beispielsweise Furchen oder Öffnungen, auf dem Wafer in der vertikalen Richtung ausgebildet. Für die vertikale Ausbildung der Ausprägungen wird dem Wafer gewöhnlich eine Vorspannung zugeführt, durch daran Anlegen einer Hochfrequenzspannung mit einer vergleichsweise geringen Frequenz. Elektrische Felder, die auf der Waferoberfläche senkrecht stehen, werden durch die Vorspannung erzeugt. Die Ausbildung der vertikalen Ausprägung kann durch das Verhalten von Ionen ausgeführt werden, die durch die elektrischen Felder beschleunigt werden. Da die elektrischen Felder in einem Randabschnitt des Wafers gestört sind, besteht ein Problem darin, dass die Vorspannung nicht normal angelegt wird, was zur Folge hat, dass Ausprägungen geneigt sind.
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Als Folge tritt manchmal der Fall auf, dass die Einrichtungen, die von einem Umfangsabschnitt des Wafers 15 erhalten werden, eine geringe Produktionsausbeute aufweisen. Die geringe Produktionsausbeute aufgrund eines nicht gleichförmigen Ätzens wird erheblich, wenn sich der Durchmesser des Wafers 15 erhöht.
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Um mit einem solchen Problem umzugehen, ist der Fokusring 5 einer ringförmigen Gestalt um den Wafer 15 angeordnet, der auf der unteren Elektrode 2 platziert ist, die als ein Substratanbringtisch dient. Folglich wird die Erscheinung des Durchmessers des Wafers 15 durch den Fokusring 5 vergrößert. Infolgedessen wird der Umfangsabschnitt des Wafers 15 auf den Umfangsabschnitt des Fokusrings 5 aufgeweitet, und der Umfangsabschnitt des Fokusrings 5 kann als der Umfangsabschnitt des Wafers 15 betrachtet werden. Das trägt zur verbesserten ebenenbezogenen Gleichförmigkeit der Ätzrate des Wafers 15 bei.
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In dem Umfang, in dem Ionen während der Plasmabearbeitung auf den Fokusring 5 auftreffen, wird der Fokusring 5 auf eine erhöhte Temperatur erhitzt. In dem Falle, in dem eine Mehrzahl von Werkstücken kontinuierlich durch das Plasma bearbeitet wird, beginnt sich die Temperatur des Fokusrings 5 zu erhöhen, wenn das erste Werkstück der Plasmabearbeitung unterzogen wird. Nachdem eine beliebige Anzahl von Werkstücken bearbeitet wurde, wird die Temperatur des Fokusrings 5 auf einem konstanten Werst stabilisiert, wodurch ein stationärer Zustand erreicht wird. Mit anderen Worten ändert sich die Temperatur des Fokusrings 5 vom Beginn der Bearbeitung und stabilisiert sich anschließend. Eine solche Änderung der Temperatur wirkt sich auf die Dichte der Radikale, die um den Wafer 15 vorhanden sind, aus, wodurch ein nicht gleichförmiges Ätzen in dem Umfangsrandabschnitt des Wafers 15 bewirkt wird.
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Um den Zustand des Plasmas, das Radikale enthält, in der Kammer zu optimieren, ist es sehr wichtig, dass die Temperatur der Elemente, die in der Kammer verwendet werden, beispielsweise die Temperatur des Fokusrings, optimal gesteuert wird, in Abhängigkeit der Art der Bearbeitung im Verlauf der Plasmabearbeitung.
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Im Hinblick auf das oben Gesagte wird ein Versuch in dem japanischen Patent Veröffentlichungsnummer 2005-353812 (
JP2005-353812A ) unternommen, den Plasmazustand durch Steuern der Temperatur eines Fokusrings zu optimieren, um 50°C oder mehr höher als die Temperatur eines Wafers zu werden, wenn der Wafer, der auf einem Anbringtisch angebracht ist, durch das Plasma bearbeitet wird. Wie es in der
JP2005-353812A dargelegt ist, ist es allerdings nicht einfach, Heizer in allen Elementen, die in der Plasmabearbeitung verwendet werden, zu verbergen. Ferner wird der Fokusring durch den physikalischen Einschlag des Plasmas oder der chemischen Reaktion abgenutzt, was zu erhöhten Kosten führt.
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In dem japanischen Patent Veröffentlichungsnummer 7-310187 (
JP7-310187A ) ist der Druck des Gases, das zwischen eine Schutzplatte, d. h. einen Fokusring, und einen Anbringtisch eingebracht wird, einstellbar vorgesehen, und die Temperatur der Schutzplatte wird so gesteuert, um den Plasmabearbeitungszustand zu stabilisieren. Die Schutzplatte ist mit einem Heizelement (oder einem Heizer) so abgedeckt, dass die Temperatur der Schutzplatte durch eine Ionenkollision gleichförmig erhöht werden kann. Wie es in der
JP7-310187A erwähnt ist, erfordert die Schutzplatte, die mit dem Heizelement abgedeckt ist, eine gewisse Zeit, bis sich die Temperatur davon auf einen stabilen Zustand durch den Plasmaeinschlag erhöht hat.
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In dem japanischen Patent Veröffentlichungsnummer 2001-274142 (
JP 2001-274142A ) ist ein Siliziumring als ein Fokusring mit einem Stromzufuhrabschnitt vorgesehen und ist selbsterhitzend, wenn ein elektrischer Strom durch den Stromzufuhrabschnitt dahin zugeführt wird. Die Temperatur des Siliziumrings wird durch die Selbsterhitzung gesteuert. Wie es in der
JP2001-274142A dargelegt ist, muss allerdings in dem Siliziumring ein Heizmuster ausgebildet sein, damit der Siliziumring gleichförmig durch die Selbsterhitzung erhitzt werden kann. Es ist nicht einfach, das Heizmuster auszubilden. Ferner besteht bei der Technik, die in der
JP2001-274142A offenbart ist, ein Problem darin, dass es nicht möglich ist, die Temperatur des selbsterhitzenden Siliziumrings zu detektieren und die Temperatur des Siliziumrings in Abhängigkeit des Zustands der Plasmabearbeitung zu steuern.
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Die
DE 40 29 268 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zum gleichspannungs-bogenentladungs-unterstützten, reaktiven Behandeln von Oberflächen eines Gutes, wobei eine Halterung des zu behandelnden Guts durch einen Stromzweig, über ein Widerstandselement, mit einem Bezugspotential verbunden ist. Der durch das Widerstandselement getriebene Strom wird als Temperatursteuergröße für die Temperatur der Halterung und mithin des Gutes eingesetzt.
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Andere Vorrichtungen und Verfahren zur Plasmabearbeitung sind aus der
US 5,310,453 A ,
US 6,648,976 B1 ,
US 5,187,115 A und
US 5,290,381 A bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Hinblick auf das oben Gesagte, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, das imstande ist, die Temperatur verschiedener Elemente, die in einer Plasmabearbeitung verwendet werden, ab dem Beginn der Plasmabearbeitung zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Plasmabearbeitungsvorrichtung bereit, die imstande ist, ein Zielsubstrat mittels Plasma mit erhöhter ebenenbezogenen Gleichförmigkeit und verbesserter Stabilität mittels Plasma zu bearbeiten.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Fokusrings mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein kammerinternes Element mit den Merkmalen des Anspruchs 5 bereitgestellt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung, wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die Temperatur der Elemente, die in der Plasmabearbeitung verwendet werden, geeignet und einfach zu steuern. Dadurch wird es möglich, den Plasmazustand zu optimieren. Es ist ferner möglich, eine Plasmabearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die imstande ist, ein Zielsubstrat mit einer vergrößerten ebenenbezogenen Gleichförmigkeit mittels eines Plasmas zu bearbeiten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird, deutlich.
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1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau eines elektronischen Schaltkreises zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu einem Fokusring und einer oberen Elektrode zeigt;
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3A, 3B, 3C und 3D sind Ansichten, die verschiedene Beispiele des Fokusrings darstellen, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4A und 4B sind Ansichten, die einen gesplitteten Abdeckring zeigen, der in zwei Körper unterteilt ist;
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5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der oberen Elektrode zeigt, die in einer Mehrzahl von Stromzufuhrabschnitten (Elektroden) vorgesehen ist;
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6 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Struktur der Stromzufuhrabschnitte (Elektroden) des Fokusrings zeigt;
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7A, 7B1 und 7B2 sind Ansichten, die zusätzliche beispielhafte Strukturen der Stromzufuhrabschnitte (Elektroden) des Fokusrings zeigen;
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8 ist eine Ansicht, die den Schaltkreisaufbau darstellt, wenn der Fokusring durch eine Gleichstromleistungsquelle erhitzt wird;
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9 ist ein Graph, der den spezifischen Widerstand in einer vertikalen Achse und die Fokusringtemperatur in einer horizontalen Achse aufträgt; und
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10 ist eine Darstellung, die eine herkömmliche Plasmabearbeitungsvorrichtung schematisch darstellt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Plasmaätzvorrichtung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Allerdings ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung darauf beschränkt ist.
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1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezugnehmend auf 1 enthält die Plasmabearbeitungsvorrichtung eine Kammer 1, die beispielsweise aus Aluminium, Edelstahl oder dergleichen gefertigt ist. Die Kammer 1 weist eine hermetisch abdichtbare Zylindergestalt auf und verbleibt elektrisch geerdet.
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In der Kammer 1 ist ein Anbringtisch (im Folgenden als Suszeptor bezeichnet) 2 platziert, um ein Zielsubstrat, beispielsweise einen Wafer 15, darauf anzubringen. Der Suszeptor 2, der in 1 gezeigt ist, wird als Wärmeaustauschplatte verwendet, welche die Temperatur des Wafers 15 durch In-Kontakt-Bringen mit dem Wafer 15 steuert und einen Wärmeaustausch damit durchführt. Der Suszeptor 2 ist aus einem Material mit einer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gefertigt, wie beispielsweise Aluminium oder dergleichen, und dient als untere Elektrode.
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Der Suszeptor 2 wird durch einen röhrenförmigen Halter 3, der aus einem Isoliermaterial gefertigt ist, wie beispielsweise Keramik oder dergleichen, an Ort und Stelle gehalten. Der röhrenförmige Halter 3 wird von einem röhrenförmigen Unterstützungsabschnitt 4 der Kammer 1 unterstützt. Ein Fokusring 5 zum ringförmigen Umgeben der oberen Oberfläche des Suszeptors 2 ist auf der oberen Oberfläche des röhrenförmigen Halters 3 angeordnet.
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Ein ringförmiger Abgasweg 6 ist zwischen der Seitenwand und dem ringförmigen Unterstützungsabschnitt 4 der Kammer 1 ausgebildet. Eine ringförmige Ablenkplatte 7 ist an dem Eingang oder einem Zwischenbereich in dem Abgasweg 6 angebracht. Der Boden des Abgaswegs 6 ist mit einer Abgaseinrichtung 9 über eine Abgasröhre 8 verbunden. Die Abgaseinrichtung 9 enthält eine Vakuumpumpe und dient dazu, den Innenraum der Kammer 1 auf ein bestimmtes Vakuumniveau zu evakuieren. An der Seitenwand der Kammer 1 ist ein Sperrventil 11 zum Öffnen und Schließen eines Zugangs 10, durch den der Wafer 15 zugeführt oder entfernt wird, an der Seitenwand der Kammer 1 angebracht.
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Eine Radiofrequenzleistungszufuhr 12 zum Erzeugen eines Plasmas ist mit dem Suszeptor 2, einer Abgleicheinheit 13 und einem Stromzufuhrstab 14 elektrisch verbunden. Die Radiofrequenzleistungszufuhr 12 führt dem Suszeptor 2, der als eine untere Elektrode dient, eine elektrische Leistung einer vergleichsweise geringen Frequenz, beispielsweise 13,56 MHz, zu. Ferner gibt es einen Fall des Anlegens von zwei oder drei Radiofrequenzleistungen an die untere Elektrode, einen Fall des entsprechenden Anlegens von Radiofrequenzleistungen an die untere Elektrode und die obere Elektrode, einen Fall des Anlegens von Radiofrequenzwellen an die untere Elektrode, während eine Radiofrequenzleistung und ein Gleichstrom an die obere Elektrode angelegt wird, einen Fall des Anlegens lediglich eines Gleichstroms an die obere Elektrode, einen Fall zum Angleichen oder Unterschiedlich-Machen der Frequenzzahlen der Radiofrequenzleistungen, die an die untere und obere Elektrode angelegt werden, und andere Fälle.
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In einem Dachabschnitt der Kammer 1 ist eine obere Elektrode 22 gegenüber der unteren Elektrode, d. h. dem Suszeptor 2, platziert. Die obere Elektrode 22 ist in einer hohlen Scheibengestalt ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Gaseinbringöffnungen 24 auf deren unterer Oberfläche auf. Folglich bildet die obere Elektrode 22 einen Duschkopf. Ein Ätzgas, das von einer Bearbeitungsgaszufuhreinheit zugeführt wird, wird durch eine Gaseinlassleitung 23 in einen Hohlraumabschnitt der oberen Elektrode 22 eingebracht. Das Ätzgas in dem Hohlraumabschnitt wird gleichförmig in die Kammer 1 über die Gaseinbringöffnungen 24 eingebracht.
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Eine elektrostatische Einspannvorrichtung 16, die aus einem dielektrischen Material gefertigt ist, wie beispielsweise Keramik oder dergleichen, ist auf der oberen Oberfläche des Suszeptors 2 installiert, um den Wafer 15 mit einer elektrostatisch anziehenden Kraft zu halten. Eine interne Elektrode 17, die aus einem leitfähigen Film gefertigt ist, beispielsweise ein Kupferfilm oder ein Wolframfilm, ist in der elektrostatischen Einspannvorrichtung 16 verborgen.
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Eine Gleichstromleistungszufuhr (nicht gezeigt) einer hohen Spannung, beispielsweise 2500 V oder 3000 V, ist mit der internen Elektrode 17 über einen Schalter elektrisch verbunden. Wenn eine Gleichstromspannung an die interne Elektrode 17 angelegt wird, wird der Wafer 15 von der elektrostatischen Einspannvorrichtung 16 unter der Wirkung einer Coulomb-Kraft oder einer Johnson-Rahbek-Kraft angezogen und gehalten.
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Ein Wärmemittel-(oder Fluid)-Durchgangsweg 18 ist in dem Suszeptor 2 vorgesehen. Ein Wärmemittel, beispielsweise heißes Wasser oder kaltes Wasser, einer vorbestimmten Temperatur wird von einer Temperatursteuereinheit (nicht gezeigt) zum Wärmemitteldurchflussweg 18 über eine Leitung 20 zugeführt.
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Ein Wärmeübertragungsgas, beispielsweise He-Gas, wird von einer Wärmeübertragungsgaszufuhreinheit (nicht gezeigt) in den Bereich zwischen der elektrostatischen Einspannvorrichtung 16 und der Rückoberfläche des Wafers 15 über die Gaszufuhrröhre 21 zugeführt. Das Wärmeübertragungsgas stellt eine beschleunigte Wärmeübertragung zwischen der elektrischen Einspannvorrichtung 16, d. h. dem Suszeptor 2, und dem Wafer 15 sicher.
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Mit der Plasmabearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt ist, sind der Fokusring 5 und die obere Elektrode 22 mit Stromzufuhrabschnitten vorgesehen, die mit einer Leistungszufuhreinheit 25 über Schalter 27 und 28a verbunden sind. Die Leistungszufuhreinheit 25 führt einen elektrischen Strom zum Fokusring 5 und der oberen Elektrode 22 zu, um diese zu erhitzen. Obwohl die Leistungszufuhreinheit 25 eine Gleichstromzufuhreinheit in der vorliegenden Ausführungsform ist, kann es möglich sein, eine Wechselstromzufuhreinheit oder eine Radiofrequenzleistungszufuhreinheit zu verwenden. Vorzugsweise ist die Leistungszufuhreinheit 25 einer solchen Art, die imstande ist, die elektrische Leistung auf einem konstanten Niveau zu steuern.
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In dem Aufbau der Plasmabearbeitungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, sind der Fokusring 5 und die obere Elektrode 22 mit der Leistungszufuhreinheit 25 verbunden. Ferner kann ein Stromzufuhrabschnitt in einem Abdeckring 34, der den Außenumfang des Fokusrings 5 umgibt, vorgesehen sein. Der Stromzufuhrabschnitt kann mit der Leistungszufuhreinheit 25 über einen Schalter verbunden sein. Dadurch wird es möglich, den Plasmazustand in dem Umfangsrandbereich des Wafers 15 genauer zu steuern.
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Beispiele des Materials der Elemente, wie beispielsweise des Fokusrings 5 und dergleichen, die in der Plasmabearbeitung verwendet werden, enthalten einen Halbleiter, wie beispielsweise Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC) oder dergleichen und einen Leiter, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Metalloxid oder dergleichen. Die Elemente, die aus einem Halbleiter oder einem Leiter gefertigt sind, werden vorzugsweise durch eine Gleich- oder Wechselleistungszufuhr erhitzt. Radiofrequenzwellen oder Mikrowellen können zum Heizen der Elemente verwendet werden.
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Eine Widerstandsmesseinheit 26 ist mit der Leistungszufuhreinheit 25 verbunden. Obwohl die Details später beschrieben werden, wird der Widerstandswert oder der spezifische Widerstand des Fokusrings 5, der beispielsweise aus Silizium gefertigt ist, geändert, indem ein elektrischer Strom von der Leistungszufuhreinheit 25 zum Fokusring 5 zugeführt wird, um den Fokusring 5 zu erhitzen. Wenn die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Widerstandswert oder dem spezifischen Widerstand eines Heizelements im Voraus ermittelt wird, wird es möglich, die Temperatur des Heizelements aus dem Widerstandswert oder dem spezifischen Widerstand wie gemessen abzuschätzen. Die Temperatur des Heizelements kann durch Steuern des elektrischen Stroms genau gesteuert werden, der zum Heizelement zugeführt wird, basierend auf der Differenz zwischen der gewünschten Temperatur und der abgeschätzten Temperatur des Heizelements.
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Das Heizelement kann ein Element sein, das mit dem Plasma in der Kammer 1 in Kontakt gerät und das in der Nähe des Zielsubstrats vorhanden ist. Beispiele des Heizelements enthalten die obere Elektrode 22, den Fokusring 5, das Schutzelement 37 und die Ablenkplatte 7.
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Bezugnehmend auf 1, wenn die Schalter 28a und 28b geöffnet sind, wobei die Schalter 28c und 28d geschlossen sind, wird ein elektrischer Strom zum Fokusring 5 zugeführt, wodurch es möglich wird, den Fokusring 5 zu erhitzen. Wenn die Schalter 28a und 28b geschlossen sind, wobei die Schalter 28c und 28d geöffnet sind, wird ein elektrischer Strom zur oberen Elektrode 22 zugeführt, wodurch es möglich wird, die obere Elektrode 22 zu erhitzen. Der Fokusring 5 und die obere Elektrode 22 können gleichzeitig durch Schließen aller Schalter 28a, 28b, 28c und 28d erhitzt werden. Der Schalter 28a kann geschlossen sein und der Schalter 28b kann geöffnet sein, um eine negative Spannung an die obere Elektrode 22 anzulegen.
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2 ist eine Ansicht eines schematischen Aufbaus, der einen elektrischen Schaltkreis zum Zuführen eines elektrischen Stroms an den Fokusring 5 und an die obere Elektrode 22 zeigt. Wenn die Schalter 27 und 28a geschlossen sind, wird eine negative Spannung an die obere Elektrode 22 angelegt, und Radiofrequenzwellen und ein Gleichstrom werden kumulativ an die obere Elektrode 22 angelegt, wodurch ein Plasma erzeugt wird. Die Elektronen, die von der oberen Elektrode 22 emittiert werden, geraten mit dem Plasma zwischen den Elektroden in Kontakt und bewegen sich zur geerdeten Wand der Kammer 1, wodurch ein Gleichstromschaltkreis ausgebildet wird.
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Um den Fokusring 5 zu erhitzen, können die Schalter 27 und 28a geöffnet sein, wobei die Schalter 28c und 28d geschlossen sind. Die für das Timing des Zuführens eines elektrischen Stroms zum Fokusring 5, wird der elektrische Strom vor der Plasmabearbeitung zugeführt und während der Plasmabearbeitung unterbrochen. Alternativ kann die Stromzufuhr vor der Plasmabearbeitung gestartet werden und während der Plasmabearbeitung kontinuierlich durchgeführt werden. Als eine weitere Alternative kann die Stromzufuhr vor der Plasmabearbeitung gestartet werden und kontinuierlich während der Plasmabearbeitung und während des Wafertransports nach der Plasmabearbeitung durchgeführt werden.
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3A, 3B, 3C und 3D sind Ansichten, die verschiedene Beispiele des Fokusrings darstellen, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Da der Fokusring eine im Allgemeinen scheibenförmige Gestalt aufweist, ist es möglich, einen elektrischen Strom gleichförmig durch den Fokusring in zuzuführen, in einem gewissen Ausmaß, durch Anordnen eines Stromzufuhrabschnitts in einer ersten geeigneten Position und eines weiteren Stromzufuhrabschnitts in einer zweiten Position, die von der ersten Position um 180° beabstandet ist. In einem Fall, in dem die Temperatur des linken Abschnitts des Fokusrings, der aus einem Halbleitermaterial gefertigt ist, wie beispielsweise Silizium oder dergleichen, aus bestimmten Gründen größer wird als die Temperatur des rechten Abschnitts, wird der Widerstandswert des rechten Abschnitts erhöht, bis die Temperatur einen beliebigen Wert erreicht. Aus diesem Grund kann ein elektrischer Strom einfacher in den linken Abschnitt als in den rechten Abschnitt fließen. Folglich wird die Temperatur des linken Abschnitts weiter vergrößert, wodurch die ebenenbezogene Temperaturgleichförmigkeit des Wafers verschlechtert wird.
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Die Gestalten des Fokusrings, der in den 3A bis 3D gezeigt ist, werden als eine Lösung zum oben erwähnten Problem präsentiert. 3A bis 3C sind Ansichten, welche die Gestalten des Fokusrings zeigen, dessen einer Abschnitt dazu dient, den Fokusring in einer offenen Ringgestalt auszubilden. Stromzufuhrabschnitte (Elektroden) sind in den getrennten gegenüberliegenden Enden vorgesehen, um sicherzustellen, dass ein elektrischer Strom durch den Fokusring auf eine zuverlässige Weise fließen kann und der Fokusring auf eine gleichförmige Temperatur erhitzt werden kann. Die Fokusringe, die in den 3A bis 3C gezeigt sind, unterscheiden sich hinsichtlich der Elektrodenstruktur voneinander. Der Fokusring, der in 3A gezeigt ist, weist parallele getrennte Oberflächen auf. Der Fokusring, der in 3B gezeigt ist, weist stufenförmige getrennte Oberflächen auf, die ineinander eingreifen. Der Fokusring, der in 3C gezeigt ist, weist Stromzufuhrabschnitte einer verdeckten Elektrodengestalt auf. Verglichen mit der Struktur, die in 3A gezeigt ist, ermöglichen die Strukturen, die in den 3B und 3C gezeigt sind, eine gleichförmige Zufuhr eines elektrischen Stroms durch den Fokusring, und den Fokusring mit einer vergrößerten ebenenbezogenen Temperaturgleichförmigkeit zu erhitzen. Der Fokusring, der in 3D gezeigt ist, ist an den gegenüberliegenden Enden, an denen Elektroden vorgesehen sind, in zwei Teile geteilt. Die Anzahl der Teile, die auf diese Weise unterteilt werden, ist nicht auf zwei begrenzt, sondern kann drei oder mehr sein.
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4A und 4B sind Ansichten, die einen gesplitteten Abdeckring 34 des Fokusrings 5 zeigen, der in zwei Körper unterteilt ist. Bezugnehmend auf die 4A und 4B fließt der elektrische Strom, welcher der Elektrode 40 zugeführt wird, zur Elektrode 41, die an der rechten Seite angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist die Elektrode 41 mit einer Elektrode 42 elektrisch verbunden, folglich fließt der elektrische Strom von der Elektrode 42 zu einer Elektrode 43. Als ein Resultat fließt der elektrische Strom gleichförmig durch den Abdeckring 34, wodurch es ermöglicht wird, den Abdeckring 34 mit einer vergrößerten ebenenbezogenen Temperaturgleichförmigkeit zu erhitzen. Obwohl der Abdeckring 34, der in den 4A und 4B gezeigt ist, in zwei Körper unterteilt ist, kann es möglich sein, einen Abdeckring anzuwenden, der in drei oder mehr Körper unterteilt ist.
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5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der oberen Elektrode zur Verwendung in einer parallelen plattenförmigen Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt, die mit einer Mehrzahl von Stromzufuhrabschnitten (Elektroden) vorgesehen ist, durch die ein elektrischer Strom zuzuführen ist, um die obere Elektrode zu erhitzen. Da die obere Elektrode in der Nähe des Wafers angeordnet ist, wird die Temperatur davon einen Ätzprozess stark beeinflussen. Im Falle des Ätzprozesses wird beispielsweise die Temperatur der oberen Elektrode durch die Kollision von Ionen erhöht, die in dem Plasma vorhanden sind, unmittelbar nach dem Start des Ätzprozesses. Eine gewisse Zeit wird benötigt, bis die Temperatur der oberen Elektrode stabil wird. Der Temperaturanstieg weist einen Einfluss auf die Wafer auf, die direkt nachdem der Ätzprozess begonnen hat bearbeitet werden, wodurch die Qualität davon inakzeptabel wird. Aus diesem Grund wurde herkömmlich ein Dummy-Wafer verwendet, um die Umgebung in der Kammer zu stabilisieren. Allerdings führt die Verwendung des Dummy-Wafers zu einem verringerten Durchsatz und erhöhten Produktionskosten. Wenn die Stromzufuhrabschnitte in der oberen Elektrode, wie es in 5 gezeigt ist, vorgesehen sind, und wenn die obere Elektrode durch Veranlassen eines elektrischen Stroms, von den Stromzufuhrabschnitten zur oberen Elektrode zu fließen, erhitzt wird, wird es möglich, die Temperatur der oberen Elektrode unmittelbar nach dem Beginn des Ätzprozesses zu stabilisieren.
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Obwohl die obere Elektrode, die in 5 gezeigt ist, von einer einstückigen Art ist, kann es möglich sein, eine gesplittete obere Elektrode anzuwenden, die konzentrisch in eine Mehrzahl von Elektrodenteilen unterteilt ist. In diesem Fall wird bevorzugt, dass eine der Radiofrequenzleistungszufuhr, der Gleichstromzufuhr und des Erdungsniveaus mit den unterteilten Elektrodenteilen verbunden ist. Es ist auch vorzuziehen, dass sowohl die Radiofrequenzleistungszufuhr als auch die Gleichstromzufuhr mit den unterteilten Elektrodenteilen verbunden sind.
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Die obere Elektrode, die in 5 gezeigt ist, ist mit sechs Elektroden vorgesehen. Durch Ermöglichen, dass ein elektrischer Strom wie folgt fließt, ist es möglich, die ebenenbezogene Temperaturgleichförmigkeit der oberen Elektrode zu verbessern. Genauer gesagt wird einem elektrischen Strom zunächst ermöglicht, zwischen den Elektroden a und b und zwischen den Elektroden e und d zu fließen. Anschließend wird einem elektrischen Strom 2 ermöglicht, zwischen den Elektroden b und c und zwischen den Elektroden f und e zu fließen. Danach wird einem elektrischen Strom 3 ermöglicht, zwischen den Elektroden c und d und zwischen den Elektroden a und f zu fließen. Den elektrischen Strömen 4, 5 und 6 wird ermöglicht, auf gleiche Weise zu fließen. Durch allmähliches Ändern der Elektroden, durch die ein elektrischer Strom fließt, innerhalb eines spezifischen Zeitraums, wird es möglich, die ebenenbezogene Temperaturgleichförmigkeit der oberen Elektrode zu erhöhen.
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6 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Struktur der Stromzufuhrabschnitte (Elektroden), durch die ein elektrischer Strom zum Fokusring 5 zuzuführen ist, zeigt. Bezugnehmend auf 6 sind die elektrostatische Einspannvorrichtung 16 und der Suszeptor 2 unterhalb des Fokusrings 5 angeordnet. Eine obere Wärmeübertragungslage 30 und eine untere Wärmeübertragungslage 31 sind vorgesehen, um die Wärmeleitfähigkeit des Fokusrings 5 zu verbessern.
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Mit der Struktur, die in 6 gezeigt ist, ist ein Raum zum Aufnehmen eines Elektrodenstabs 32 usw. in dem röhrenförmigen Halteabschnitt 3 definiert, und der Elektrodenstab 32 ist mittels Druck in den Fokusring 5 eingepasst. In dem Hohlraum, der in dem röhrenförmigen Halteabschnitt 3 definiert ist, wird der Elektrodenstab 32 gegen den Fokusring 5 mittels eines Federelements gepresst. Die Verwendung dieser Struktur ermöglicht es, den Kontaktwiderstand zwischen dem Elektrodenstab 32 und dem Fokusring 5 stark zu verringern. In dieser Struktur besteht keine Notwendigkeit, den Fokusring 5 irgendeiner speziellen Bearbeitung zu unterziehen, wodurch es ermöglicht wird, die Produktionskosten zu verringern.
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7A, 7B1 und 7B2 sind Ansichten, die zusätzliche beispielhafte Strukturen der Stromzufuhrabschnitte (Elektroden) des Fokusrings 5 zeigen. In der Elektrodenstruktur, die in 7A gezeigt ist, ist der Elektrodenstab 32 so aufgebaut, dass dieser in den Fokusring 5 eingebracht werden kann und davon entfernt werden kann. In der Elektrodenstruktur, die in den 7B1 und 7B2 gezeigt ist, kann ein Kontaktelement als eine Elektrode in einem Hohlraum 36 erweitert werden. Das ermöglicht der Elektrode 32, mit dem Fokusring 5 an drei Punkten in einen festen Kontakt zu geraten, wodurch der Kontaktwiderstand verringert wird. Aufgrund dieser Struktur wird es ermöglicht, den Elektrodenstab 32 zu entfernen, wodurch eine einfache Wartbarkeit der Elektrode sichergestellt wird.
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Zusätzlich zu den Elektrodenstrukturen, die oben beschrieben sind, kann es möglich sein, eine Elektrodenstruktur, in der ein Innengewinde in dem Fokusring 5 ausgebildet ist, und ein Elektrodenstab mit einem Außengewinde mittels eines Gewindeeingriffs mit dem Fokusring 5 gekoppelt wird, oder eine Elektrodenstruktur anzuwenden, in welcher der Fokusring 5 und der Elektrodenstab miteinander vereinigt sind. Dadurch wird auch ermöglicht, den Kontaktwiderstand zu verringern.
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(Experiment)
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8 ist eine Ansicht, die den Schaltkreisaufbau darstellt, wenn ein Fokusring (von 360 mm im Durchmesser und 3,4 mm Dicke) für einen Siliziumwafer von 300 mm Durchmesser mittels einer Gleichstromleistungszufuhr erhitzt wird.
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Die Gleichstromleistungszufuhr, die in dem Experiment verwendet wird, weist eine maximale Nennleistung von 1 kW und einen maximalen Stromwert von 3 A auf. Da der Widerstandswert des Fokusrings für 30 sec hoch verbleibt, nach dem Starten des Tests, bestand keine Wahl außer den Fokusring mit der Leistung von ungefähr 1 kW während dieses Zeitraums zu erhitzen. Der Fokusring wurde durch Steuern der Leistung erhitzt, um insgesamt gleich 2 kW zu werden.
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Die Temperatur des Fokusrings wurde durch Anstreichen eines Abschnitts des Fokusrings in schwarz und Überwachen einer Probentemperatur mit einem Strahlungsthermometer gemessen. In 9 ist der spezifische Widerstand des Fokusrings, der in dem oben dargelegten Test gemessen wurde, gezeigt.
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Der spezifische Widerstand wurde unter Verwendung des Werts der Leistung, die von der Gleichstromspannungszufuhr zum Fokusring zugeführt wurde, und des Durchmessers, der Dicke und der Gestalt des Fokusrings berechnet. Wie es in 9 gezeigt ist, erhöht sich der spezifische Widerstand des Fokusrings im Wesentlichen geradlinig, während die Temperatur davon 50°C übersteigt und ungefähr 220°C erreicht. Die Geradlinigkeit fällt scharf ab, wenn die Temperatur 220°C übersteigt.
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Wenn die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Widerstandswert oder dem spezifischen Widerstand eines Heizobjekts im Voraus ermittelt wird, wird es möglich, die Temperatur des Heizobjekts aus dem gemessenen Widerstandswert oder dem spezifischen Widerstand abzuschätzen. Wie es in 9 gezeigt ist, sind zwei Temperaturwerte für einen Widerstandswert oder spezifischen Widerstand in dem Fall vorhanden, in dem das Heizobjekt ein Halbleiter ist. Die Bestimmung, auf welchem Temperaturwert sich die gegenwärtig gemessene Temperatur befindet, kann beispielsweise durch momentanes Anheben oder Absenken der Wärmeleistung und durch Beobachten der Änderung des spezifischen Widerstands zu der Zeit durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Änderung des spezifischen Widerstands zum Bestimmen verwendet werden, welcher der zwei Temperaturwerte, d. h. der Temperaturwert der Anstiegsseite und der Temperaturwert der Abstiegsseite, die gegenwärtig gemessene Temperatur kennzeichnet. Angenommen, dass der spezifische Widerstand beispielsweise 12 Ω ist, dann wird die Temperatur auf 250°C bestimmt, wenn der spezifische Widerstand geringer als 12 Ω wird, wenn die Heiztemperatur augenblicklich erhöht wird. Im Unterschied dazu, wenn der spezifische Widerstand größer als 12 Ω wird, wird die Temperatur auf 60°C bestimmt. In dem Fall, in dem allein eine Temperaturüberwachung durchgeführt wird, ohne den Fokusring erhitzen zu müssen, kann der Widerstandswert durch augenblickliches Anlegen einer geringen Spannung oder eines geringen Stroms berechnet werden.
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Wenn der Fokusring für einen langen Zeitraum verwendet wird, tritt manchmal der Fall auf, dass der spezifische Widerstand davon verschoben wird, selbst bei der gleichen Temperatur, und der Querschnittsflächenbereich davon wird durch den Verbrauch bzw. Schwund davon geändert. Im Hinblick darauf ist es vorzuziehen, dass Stickstoffgas eingefüllt wird, um den Druck während der Leerlaufzeit der Vorrichtung zu erhöhen, und die Temperatur des Heizobjekts wird der Temperatur der elektrostatischen Einspannvorrichtung angeglichen, wobei der spezifische Widerstand durch die Verwendung eines Stroms oder einer Spannung berechnet wird.
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Während die Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich vom Gegenstand der Erfindung zu entfernen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
