DE69902665T2

DE69902665T2 - Nockenanordnung zur positionierung von begrenzungsringen in einem plasmabehandlungskammer

Info

Publication number: DE69902665T2
Application number: DE69902665T
Authority: DE
Inventors: H. Lenz
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: MY126444A; US6019060A; KR100621710B1; EP1090408B1; KR20010053104A; EP1090408A1; WO1999067807A1; ES2182542T3; AU4701199A; DE69902665D1; TW419741B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleiterbauteilen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Techniken zur Steuerung der Bewegung von Begrenzungsringen in Plasmabehandlungskammern.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen (z. B. integrierten Schaltkreisen oder Flachbildschirmen) können Materialschichten abwechselnd auf eine Substratoberfläche (z. B. den Halbleiter-Wafer oder die Glasplatte) abgeschieden oder davon weggeätzt werden. Wie im Stand der Technik wohlbekannt, kann das Ätzen der abgeschiedenen Schicht(en) durch eine Vielzahl von Techniken, einschließlich des Plasmaätzens, erzielt werden. Beim Plasmaätzen findet das tatsächliche Ätzen des Substrats in einer Plasmabehandlungskammer statt. Während des Ätzens wird aus einem geeignetem Ätzgas ein Plasma gebildet, um Bereiche des Substrats zu ätzen, die durch die Maske nicht geschützt sind, wodurch das gewünschte Muster zurückbleibt.
Unter den verschiedenen Arten von Plasmaätzsystemen haben sich jene, die Begrenzungsringe benutzen, als äußerst geeignet für eine effiziente Produktion und/oder für das Bilden der immer kleiner werdenden Merkmale auf dem Substrat erwiesen. Ein Beispiel eines solchen Systems kann in dem US-Patent Nr. 5,534,751 gefunden werden, auf das hierdurch vollinhaltlich Bezug genommen wird. Obwohl die Verwendung von Begrenzungsringen in einer deutlichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Plasmabehandlungssystemen resultiert, kann die derzeitige Verwirklichung verbessert werden. Insbesondere wird realisiert, dass Verbesserungen dahingehend gemacht werden können, wie die Begrenzungsringe angehoben und abgesenkt werden, um den Transport des Substrats zu erleichtern.
Um die Erläuterung zu vereinfachen, stellt Fig. 1 eine beispielhafte Plasmabehandlungskammer 100 mit Begrenzungsringen 102, wie sie derzeit eingesetzt werden, dar. Obwohl nur zwei Begrenzungsringe in dem Beispiel von Fig. 1 gezeigt sind, ist es selbstverständlich, dass eine beliebige Anzahl von Begrenzungsringen vorgesehen sein kann. In der Plasmabehandlungskammer 100 ist ein Spannfutter dargestellt, das die Werkstückhalterung darstellt, auf der ein Substrat 106 während des Ätzens positioniert ist. Das Spannfutter 104 kann durch eine beliebige Spanntechnik, zum Beispiel eine elektrostatische, mechanische, Klemm-, Vakuum- oder dergleichen Technik, verwirklicht werden und ist von einem Isolator 108 umgeben. Während des Ätzens kann eine Hochfrequenz-Stromversorgung 110 eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz von zum Beispiel etwa 2 MHz bis etwa 27 MHz zu dem Spannfutter 104 zuführen.
Oberhalb des Substrats 106 ist ein Reaktionsgefäßdeckel 112 angeordnet, der aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Aluminium gebildet und mit Begrenzungsringen 102 gekoppelt ist. Ebenfalls mit dem Reaktionsgefäßdeckel 112 gekoppelt sind eine obere Elektrode 114 und eine Ablenkplatte 116. Die obere Elektrode 114 ist von, der geerdeten. Kammerwand 118 durch einen Isolator 150 elektrisch isoliert und durch eine Hochfrequenz-Stromversorgung 120 versorgt, um die Bildung eines Plasmas aus Ätzgasen, die über eine Gasleitung 122 und die Ablenkplatte 116 zugeführt werden, zu erleichtern. Die Hochfrequenz-Stromversorgung 120 kann eine beliebige Frequenz besitzen, zum Beispiel etwa 2 MHz in einem beispielhaften System. Wenn die zwei Elektroden 104 und 114 mit Hochfrequenzspannung von unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, können eine optionale Rückführspule 160, eine Rückführkapazität 162 und ein Isolator 164 vorgesehen sein. Wenn jedoch die gleiche Frequenz verwendet wird (zum Beispiel wenn beide Elektroden durch die gleiche Stromversorgung betrieben werden), kann auf die Rückführspule 160, die Rückführkapazität 162 und den Isolator 166 verzichtet werden. Wie für Fachleute leicht ersichtlich, stellt die Plasmabehandlungskammer von Fig. 1 eine kapazitiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer dar, obwohl das Konzept des Begrenzungsrings auch gut mit anderen Arten von Behandlungskammern (wie zum Beispiel induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammern) funktioniert.
Um ein Substrat 106 in die Plasmabehandlungskammer 100 einzubringen und daraus zu entfernen, müssen die Begrenzungsringe 102 während des Transports des Substrats angehoben und abgesenkt werden. Da die Begrenzungsringe 102 mit dem Reaktionsgefäßdeckel 112 und seiner zugehörigen Hardware gekoppelt sind, wird die Bewegung der Begrenzungsringe 102 von Fig. 1 durch Anheben oder Absenken des gesamten Reaktionsgefäßdeckels geleistet. Bei der Plasmabehandlungskammer von Fig. 1 wird das Anheben und Absenken des Reaktionsgefäßdeckels durch eine Anordnung geleistet, die Kugelumlaufspindeln, einen Kettenantrieb und einen Motor enthält. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sind Kugelumlaufspindeln 130 vorgesehen, von denen typischerweise drei oder vier je Reaktionsgefäßdeckel existieren. Die Kugelumlaufspindeln 130 sind mit einem Motor 202 über Ketten 204 (genauer in Fig. 2 gezeigt) gekoppelt. Wenn sich der Motor 202 dreht, drehen die Kugelumlaufspindeln 130 mit, um den Reaktionsgefäßdeckel (und die befestigten Begrenzungsringe) anzuheben oder abzusenken.
Es wird jedoch realisiert, dass an der bestehenden Anordnung Verbesserungen gemacht werden können. Beispielsweise wird realisiert, dass das Anheben des gesamten Reaktionsgefäßdeckels einige Energie erfordert, da zwischen dem Umgebungsdruck und der beinahen Vakuumsatmosphäre in der Plasmabehandlungskammer 100 ein deutlicher Druckunterschied existiert. Da der Reaktionsgefäßdeckel einen großen Querschnitt aufweist, ist einige Energie erforderlich, um die auf den Reaktionsgefäßdeckel durch den Umgebungsdruck ausgeübte Kraft (beispielsweise bis zu 1.500 Pfund in einem Beispiel) zu überwinden.
Außerdem sind typischerweise eine oder mehrere große Dichtungen zwischen dem Reaktionsgefäßdeckel und den Kammerwänden erforderlich, um die beinahe Vakuumatmosphäre in der Plasmabehandlungskammer 100 aufrechtzuerhalten. Bezug nehmend auf Fig. 1 sind diese Dichtungen zum Beispiel als Dichtungen 154 dargestellt. Da jede Dichtung den gesamten Umfang des Reaktionsgefäßdeckels umgibt, ist ein großer Dichtungsbereich der korrodierenden Plasmaätzatmosphäre ausgesetzt. Wie den Fachleuten wohlbekannt ist, lösen sich die Dichtungen und die mit diesen eingesetzten Schmiermittel mit der Zeit auf, was zu unerwünschten Verunreinigungen in der Ätzatmosphäre führt. Aus diesem Grund ist ein großer Dichtungsbereich im allgemeinen unerwünscht.
Ferner isolieren die Dichtungen 154 den Reaktionsgefäßdeckel 112 elektrisch von der geerdeten Kammerwand 118. Um einen Hochfrequenz-Rückführpfad vorzusehen, sind zwischen dem Reaktionsgefäßdeckel 112 und der geerdeten Kammerwand 118 typischerweise ein oder mehrere flexible Leiter 152 erforderlich. Die Verwendung dieses flexiblen Leiters erhöht den Wartungsaufwand der Plasmabehandlungskammer 100, da der flexible Leiter 152 mit der Zeit ermüden und brechen kann. Ein solcher Wartungsaufwand existiert auch bezüglich der flexiblen Gasleitung 122, die ebenfalls mit der Zeit ermüden und brechen kann oder lecken kann.
In Anbetracht der vorhergehenden Ausführungen gibt es gewünschte verbesserte Techniken zum Anheben und Absenken der Begrenzungsringe in einer Plasmabehandlungskammer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft in einem Ausführungsbeispiel eine Nockenanordnung zum Bewegen eines Befestigungsrings entlang einer ersten Achse einer Plasmabehandlungskammer. Der Begrenzungsring ist in einer Ebene senkrecht zu der ersten Achse angeordnet. Die Nockenanordnung enthält einen Nockenring mit mehreren Nockenbereichen, die an einer ersten Oberfläche des Nockenrings ausgebildet sind. Weiter sind mehrere Nockenstößel in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings enthalten. Ebenfalls sind mehrere Kolben, die parallel zu der ersten Achse ausgerichtet sind, enthalten, wobei jeder der mehreren Kolben mit einem der mehreren Nockenstößel und dem Begrenzungsring gekoppelt ist, wobei die mehreren Kolben sich in einer organisierten Weise parallel zu der ersten Achse bewegen, wenn der Nockenring gedreht wird und die mehreren Nockenstößel in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings bleiben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Drucks auf eine Oberfläche eines Substrats während einer Plasmabehandlung in einer Plasmabehandlungskammer. Das Verfahren enthält das Vorsehen eines Begrenzungsrings, der während der Plasmabehandlung einen oberhalb des Substrats ausgebildeten Plasmabereich umgibt, wobei wenigstens ein Teil des Begrenzungsrings in einem Ausströmpfad der Plasmabehandlungskammer angeordnet ist. Wenn ein erster Druck auf die Oberfläche des Substrats über einem vordefinierten Druck liegt, enthält des Verfahren das Bewegen des Begrenzungsrings in eine erste Richtung, um einen Wirkdruck über den Begrenzungsring zu erhöhen, wodurch der erste Druck auf die Oberfläche des Substrats verringert wird. Wenn der erste Druck auf die Oberfläche des Substrats unter dem vordefinierten Druck liegt, enthält das Verfahren das Bewegen des Begrenzungsrings in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung, um den ersten Druck zu erhöhen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung eine Nockenanordnung zum Bewegen eines Begrenzungsrings entlang einer ersten Achse einer Plasmabehandlungskammer. Der Begrenzungsring ist in der Plasmabehandlungskammer und in einer Ebene senkrecht zu der ersten Achse angeordnet. Die Nockenanordnung enthält einen Nockenring, der außerhalb der Plasmabehandlungskammer angeordnet ist und einen an einer ersten Oberfläche des Nockenrings ausgebildeten Kurvenbereich aufweist. Ein Nockenstößel, der außerhalb der Plasmabehandlungskammer angeordnet ist und in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings steht, ist enthalten. Weiter ist ein Kolben, der parallel zu der ersten Achse ausgerichtet ist, enthalten, wobei der Kolben mit dem Begrenzungsring und dem Nockenstößel gekoppelt ist. Der Kolben ist senkrecht zu der Ebene angeordnet, wobei der Kolben ausgebildet ist, um sich in eine Richtung parallel zu der ersten Achse zu bewegen, um den Begrenzungsring entlang der ersten Achse bewegen zu lassen, während er im wesentlichen parallel zu der Ebene bleibt.
Diese und weiter Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Studieren der verschiedenen Zeichnungen offensichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht-einschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugsziffern ähnliche Elemente bezeichnen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Plasmabehandlungskammer einschließlich der Begrenzungsringe, wie sie derzeit eingesetzt werden;
Fig. 2 eine Draufsicht der beispielhaften Plasmabehandlungskammer von Fig. 1;
Fig. 3 zur Vereinfachung der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung die erfindungsgemäße Nockenanordnung zum Anheben und Absenken der Begrenzungsringe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einer Draufsicht der erfindungsgemäßen Nockenanordnung von Fig. 3;
Fig. 5 eine Plasmabehandlungskammer mit zwei Begrenzungsringen darin, um die Erläuterung des Aspekts der Drucksteuerung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezielle Einzelheiten dargestellt, um ein Gesamtverständnis der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegenden Erfindung ohne einige oder ohne alle dieser speziellen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Verfahrensschritte und/oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, um eine unnötige Unklarheit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nockenanordnung zum Anheben und Absenken der Begrenzungsringe in der Plasmabehandlungskammer vorgesehen. Die Nockenanordnung verwendet Nockenstößel und einen Nockenring, um Kolben anzuheben und abzusenken, die mit wenigstes einem der Begrenzungsringe verbunden sind. Wenn sich der Nockenring dreht, werden die Kolben in einer organisierten Weise angehoben oder abgesenkt, um die Begrenzungsringe anzuheben oder abzusenken. Weil nur die Kolben gegen den Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck und der beinahen Vakuumatmosphäre in der Plasmabehandlungskammer bewegt werden müssen, ist deutlich weniger Energie erforderlich, um die Bewegung der Begrenzungsringe zu leisten. Weil der gesamte Reaktionsgefäßdeckel nicht angehoben und abgesenkt werden muss, um die Begrenzungsringe zu bewegen, erlaubt die Nockenanordnung vorteilhafterweise, dass der Reaktionsgefäßdeckel an den Kammerwänden in einer festen Weise befestigt wird. Deshalb besteht kein Bedarf, flexible (aber sehr dauerhafte) Leiter einzusetzen, um den Reaktionsgefäßdeckel mit den Kammerwänden zu koppeln. Auch besteht kein Bedarf, flexible und sehr dauerhafte Gasleitungen einzusetzen, um die Ätzgase dem Inneren der Plasmabehandlungskammer bereitzustellen.
Gemäß einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Kurvenbereiche des Nockenrings profiliert sein, um eine Feinsteuerung der Begrenzungsringbewegung zu erzielen, um den Wirkdruck über den Begrenzungsringbereich fein einzustellen. Durch Bewegen nur der Begrenzungsringe zum Steuern des Wirkdrucks über den Begrenzungsringbereich (der den Druck auf die Substratoberfläche beeinflusst) kann der Druck auf die Substratoberfläche ohne signifikante Beeinflussung anderer Ätzparameter gesteuert werden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung reduziert die Verwendung von Kolben zur Erleichterung des Anhebens und des Absenkens der Begrenzungsringe (anstatt des Anhebens und des Absenkens des gesamten Reaktionsgefäßdeckels zum gleichen Zweck) vorteilhafterweise denn der korrodierenden Plasmaätzatmosphäre ausgesetzten Dichtungsbereich. Obwohl nach wie vor um die Kolben Dichtungen eingesetzt werden, sind diese Dichtungen kleiner und tragen deshalb weniger zu dem Partikelverunreinigungsproblem in der Plasmabehandlungskammer bei.
Um die Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, stellt Fig. 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Kolbenanordnung 300 der Nockenanordnung dar. Die Kolbenanordnung 300 enthält ein Rad 302, das in Rollkontakt mit einem Nockenring 304 gezeigt ist. Das Rad 302 ist verstellbar an einer Trägerplatte 306 befestigt (zum Beispiel über eine Schrauben- Langloch-Anordnung). Die Trägerplatte 306 selbst kann an dem Reaktionsgefäßdeckel befestigt sein und ist bezüglich des Reaktionsgefäßdeckels im wesentlichen unbewegbar.
Ein Nockenstößel 308 ist an einem Kolben 310 befestigt. Der Kolben 310 und der befestigte Nockenstößel 308 werden durch eine Feder 314 zu einer Unterseite 312 des Nockenrings 304 gedrückt. Der Nockenstößel 308 bleibt in Rollkontakt mit der Unterseite 312, um den Kolben 310 mit den Konturen in der Unterseite 312 steigen oder fallen zu lassen. Der Kolben 310 ist über eine Befestigungsvorrichtung 318, welche in der Ausführungsform von Fig. 3 die Form eines Kunststoffbolzens einnimmt, mit einem unteren Begrenzungsring 316 gekoppelt. Wie man erkennen kann, bewegt sich der Kolben 310 parallel zu einer Achse 380 nach oben und nach unten, welche senkrecht zu der durch den Begrenzungsring definierten Ebene ist.
In dem Beispiel von Fig. 3 kann sich ein oberer Begrenzungsring 320 relativ zu dem Kolben 310 mit einem freien Spiel bewegen. Eine Hülse 322 ist mittels einer Befestigungsvorrichtung 324, die in der Ausführungsform von Fig. 3 die Form eines Hohlbolzens einnimmt, mit dem oberen Begrenzungsring 320 gekoppelt. Jedoch können auch andere Verfahren zur Befestigung des oberen Begrenzungsrings 320 an der Hülse 322 eingesetzt werden. Ein Durchgang ist durch sowohl die Hülse 322 als auch die Befestigungsvorrichtung 324 ausgebildet, um den Kolben 310 dadurch anheben und absinken zu lassen.
Wenn der Kolben 310 und der angebrachte untere Begrenzungsring 316 angehoben werden, stößt der untere Begrenzungsring 316 auf seinem Weg nach oben an einem Punkt an den Kopf der Befestigungsvorrichtung 324. Der Kopf der Befestigungsvorrichtung 324 ist von der Unterseite des oberen Begrenzungsrings 320 durch einen kleinen Abstand (zum Beispiel 0,005 Inch) beabstandet, um vorteilhafterweise den unteren Begrenzungsring und den oberen Begrenzungsring von einer direkten Kontaktierung abzuhalten, wodurch das Abplatzen von irgendwelchen angesammelten Partikeln, die an den Oberflächen dieser Begrenzungsringe gesammelt werden können, vermindert wird. Natürlich ist es möglich, andere Beabstandungsmechanismen vorzusehen, wie zum Beispiel Vorsprünge an der Unterseite des oberen Begrenzungsrings und/oder der Oberseite des unteren Begrenzungsrings, um den gleichen Zweck zu erzielen.
Wenn sich der Kolben 310 weiter nach oben bewegen darf, wird er eine obere Grenze erreichen, wenn die Oberseite der Hülse 332 (dargestellt als Flansch 344) mit einem in dem Reaktionsgefäßdeckel 112 eingebauten Anschlag 340 in Kontakt kommt. Dies tritt vorzugsweise ein, bevor die Oberseite des oberen Begrenzungsrings 320 mit der Unterseite eines Isolators 150 in Kontakt kommt, welcher Kontakt ein Abplatzen von an den Oberflächen des Begrenzungsrings gesammelten Partikeln verursachen kann.
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 310 wird der obere Begrenzungsring 320 durch die Schwerkraft oder, bei Festsitzen dann durch eine in dem Kolben 310 eingebaute Schulter 342, die an die Befestigungsvorrichtung stößt, wenn sich der Kolben 310 nach unten bewegt, nach unten gedrückt. Die Abwärtsbewegung des oberen Begrenzungsrings 320 wird durch einen Flansch 344, der in der Hülse 322 eingebaut ist, erzwungen. Wenn der Flansch 344 mit der Oberseite des Isolators 150 in Kontakt kommt, wird die Abwärtsbewegung des oberen Begrenzungsrings 320 angehalten.
Der untere Begrenzungsring 316, der an dem Kolben 310 durch die Befestigungsvorrichtung 318 angebracht ist, bewegt sich einfach nach unten, wenn sich der Kolben 310 nach unten bewegt. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 310 wird erzwungen, wenn die Schulter 343 des Kolbens 310 mit der Befestigungsvorrichtung 324 in Kontakt kommt, wenn die Hülse 322 vollständig abgesenkt wird (was den Flansch 344 auf der Oberseite des Isolators 150 ruhen lässt). Da natürlich die Feder 314 immer den Kolben 310 und den Nockenstößel 308 zu der Unterseite 312 des Nockenrings 304 drückt, wird die Ruheposition des unteren Begrenzungsrings 316 durch die Position des Kolbens 310 bestimmt, die durch die Kontur in der Unterseite 312 des Nockenrings 304 definiert ist.
Ein Paar Dichtungen 360, die in in dem Reaktionsgefäßdeckel 112 ausgebildeten Nuten befestigt sind, erlaubt die Aufrechterhaltung des Niederdrucks in der Plasmabehandlungskammer, wenn sich der Kolben 310 der Kontur in der Unterseite 312 des Nockenrings 304 folgend nach oben und nach unten bewegt. Obwohl zwei Dichtungen gezeigt sind, kann eine beliebige Anzahl von Dichtungen eingesetzt werden, falls dies gewünscht wird.
Wie früher erwähnt, wird die Auf und Abwärtsbewegung des Kolbens 310 durch die Kontur in der Unterseite 312 des Nockenrings 304 gesteuert. Wie in Fig. 3 dargestellt, enthält die Unterseite 312 einen Kurvenbereich 362, von dem vorzugsweise einer für jede Kolbenanordnung existiert. Der Kurvenbereich 362 enthält bevorzugt eine schräg aufsteigende Fläche 366, die den Kolben 310 nach oben bewegen lässt, wenn der Nockenring 304 in die Richtung eines Pfeils 368 gedreht wird, und eine schräg absteigende Fläche 370, die den Kolben 310 nach unten bewegen lässt, wenn der Nockenring 304 in die Richtung eines Pfeils 390 gedreht wird. In einem Ausführungsbeispiel wird die schräg abfallende Fläche 370 nicht zur Steuerung des Kolbens 310 eingesetzt. Statt dessen wird der Kolben 310 nach oben und nach unten bewegt, indem nur die schräg aufsteigende Fläche 366 verwendet wird, wenn der Nockenring zurück und vorwärts gedreht wird und der Nockenstößel 308 der Kontur der schräg aufsteigenden Fläche 366 folgt.
Die schräg aufsteigende Fläche 366 enthält bevorzugt aber nicht notwendigerweise zwei separate Bereiche mit zwei unterschiedlichen Neigungen. Wie man in Fig. 3 sehen kann, ist eine Schräge 374 in der schräg aufsteigenden Fläche 366 steiler als eine Schräge 372, um den Kolben 310 und einen größeren Abstand je Grad der Drehung des Nockenrings 304 nach oben und nach unten zu bewegen. Die Schräge 374 kann für eine Grobsteuerung zum Beispiel während des Wavertransports benutzt werden, und die Schräge 372 kann für eine Feinsteuerung der Position der Begrenzungsringe zum Beispiel während der Drucksteuerung eingesetzt werden. Die Drucksteuerung ist ein Aspekt der Erfindung, der später beschrieben wird.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Nockenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einschließlich eines Motors 402, der zum Drehen des Nockenrings 304 eingesetzt wird. Der Motor 402 ist mit dem Nockenring 304 über einen Riemen 404 gekoppelt. Der Riemen 404 ist an dem Nockenring 304 an Punkten 406 und 408 befestigt, obwohl er auch um den Nockenring 304 gewickelt sein kann, falls erwünscht. Eine Spannanordnung 402 nimmt den Schlupf im Gurt 404 auf und zieht den Nockenring 304 zum Motor 402, um die Innenseite des Nockenrings 404 in Rollkontakt mit Walzen 412 und 414 (von denen zwei notwendig sind, um den Mittelpunkt der Drehung des Nockenrings zu definieren, obwohl eine zusätzliche Anzahl von Walzen vorgesehen sein kann) zu drücken.
Drei Kolbenanordnungen 416 sind um den Nockenring 304 angeordnet dargestellt. Jedoch kann eine beliebige Anzahl von Kolbenanordnungen mit einem Nockenring 304 eingesetzt werden. Wie für Fachleute offensichtlich, bewegen sich die Kolbenanordnungen 416 in einer organisierten Art und Weise, wenn ihre angebrachten Nockenstößel auf der Unterseite des Nockenrings 304 reiten und der Nockenring 304 durch den Motor 402 (über den Riemen 404) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Ebenfalls in Fig. 4 dargestellt ist eine optionale Positionsrückkopplungsanordnung 420, die in der Form eines mit dem Riemen 404 gekoppelten Linearpotentiometers verwirklicht ist. Jedoch kann eine beliebige andere Art einer Positionssensoranordnung eingesetzt werden, um Daten betreffend die Drehung des Nockenrings 304 vorzusehen. Aus den Rückkopplungsdaten und den bekannten Profilen der Kurvenbereiche im Nockenring 304 können die Positionen der Kolben 310 und der Begrenzungsringe in der Plasmabehandlungskammer abgeleitet werden.
Wie aus den obigen Ausführungen offensichtlich, verringert die erfindungsgemäße Nockenanordnung zum Anheben und Absenken der Begrenzungsringe vorteilhafterweise den dem Ätzplasma ausgesetzten Dichtungsbereich. Im Gegensatz zu der Situation in Fig. 1 gibt es keine Dichtungen, die den gesamten Reaktionsgefäßdeckel umgeben. Statt dessen sind für jeden Kolben nur eine oder mehrere kleine Dichtungen vorgesehen, welche den Dichtungsbereich, der der korrodierenden Plasmaatmosphäre ausgesetzt ist, und damit das Potential einer dichtungsbezogenen Partikelverunreinigung deutlich verringert.
Da außerdem der Reaktionsgefäßdeckel nicht bewegt werden muss, um die Begrenzungsringe abzusenken oder anzuheben, sind flexible Leiter für den Hochfrequenzpfad und flexible Leitungen für die eingeleiteten Ätzgase nicht länger erforderlich. Durch Vermeiden des Biegens dieser Komponenten wird erwartet, dass weniger Wartung erforderlich sein wird. Da auch der gesamte Reaktionsgefäßdeckel nicht bewegt werden muss, um die Begrenzungsringe anzuheben oder abzusenken, ist deutlich weniger Energie erforderlich, um die Begrenzungsringe neu zu positionieren. Aufgrund ihrer kleinen Querschnittsbereiche können die Kolben gegen den Druckunterschied (zwischen dem Umgebungsdruck und dem beinahen Vakuumzustand in der Plasmabehandlungskammer) mit nur einem geringem Kraftaufwand (zum Beispiel nur etwa 1/300 der zum Bewegen des gesamten Reaktionsgefäßdeckels in einer Ausführungsform erforderlichen Kraft) bewegt werden, wodurch das Erfordernis für Hochleistungsmotoren und schwere Kettenantriebsanordnungen verringert sowie die Sicherheit verbessert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verursacht die Fähigkeit der Nockenanordnung, die Begrenzungsringe ohne Beeinflussung des Kammervolumens (das beeinflusst werden würde, wenn der gesamte Reaktionsgefäßdeckel bewegt wird) anzuheben oder abzusenken, vorteilhafterweise die Möglichkeit, Begrenzungsringe zu verwenden, um während des Ätzens einen Drucksteuerung zu erzielen. Es wird hier vom Erfinder argumentiert, dass, obwohl der Ätzdruck (d. h. der Druck auf die Substratoberfläche während des Ätzens) durch viele Mechanismen (z. B. Verändern der Einleitungsrate des Ätzgases) verändert werden kann, die Reaktion verbessert würde, wenn die Drucksteuerung lokal (d. h. in der Nähe des Substrats) durchgeführt werden kann.
In Fig. 5 ist eine Plasmabehandlungskammer mit zwei Begrenzungsringen darin dargestellt, um die Erläuterung des Aspekts der Drucksteuerung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier offenbarte Drucksteuerungstechnik mit einer beliebigen Anzahl von Begrenzungsringen funktionieren sollte. Es wird vom Erfinder argumentiert, dass der Wirkdruck über die Begrenzungsringe (d. h. über das Maß 502) etwa proportional zum Ausdruck ist:
1/(x² + y² + z²) Gleichung 1.
In Gleichung 1 bezeichnet x den Abstand zwischen dem oberen Begrenzungsring 320 und der Decke des Ausströmpfades (die durch den Isolator 150 in dem vorliegenden Beispiel definiert ist), y bezeichnet den Abstand zwischen dem oberen Begrenzungsring 320 und dem unterem Begrenzungsring 316, und z bezeichnet den Abstand zwischen dem unteren Begrenzungsring 316 und dem Boden des Ausströmpfades (der in dem vorliegenden Beispiel durch den Isolator 108 definiert ist). Es sollte für Fachleute offensichtlich sein, dass Gleichung 1 einfach modifiziert werden kann, um zusätzliche Begrenzungsringe zu berücksichtigen (z. B. durch Hinzufügen des Quadrats des Abstandes zwischen einem Begrenzungsring zu seinem Nachbarn in den Nenner der Gleichung.
Demgemäß hat das Erhöhen des Wertes von z (durch Anheben des unteren Begrenzungsrings 316 von dem Isolator 108) die Wirkung der Verringerung des Wirkdrucks über die Begrenzungsringe, während eine Verringerung des Wertes von z (durch Absenken des unteren Begrenzungsrings 316) die Wirkung des Erhöhens des Wirkdrucks über die Begrenzungsringe hat. Da die Einströmungsrate des Ätzgases und die Rate, mit der die Nebenproduktgase aus der Kammer (über einen Anschluss 510 in Fig. 5) abgesaugt werden) während des Ätzens eher auf einen konstanten Wert eingestellt werden, führt ein Erhöhen oder ein Erniedrigen des Wirkdrucks über die Begrenzungsringe zu einer Verringerung oder einer Erhöhung des Ätzdrucks auf die Oberfläche des Substrats 106.
Fig. 5 zeigt auch einen Drucksensoranschluss 512, der angeordnet ist, um es einem geeignetem Drucksensor zu ermöglichen, den über dem Substrat 106 existierenden Druck in Echtzeit zu bestimmen. Der erfasste Druck wird als Rückführsignal eingesetzt, um zu bestimmen, ob der Begrenzungsring angehoben oder abgesenkt werden sollte, um den gewünschten Druck an der Substratoberfläche während des Plasmaätzens zu erzielen.
Die Verwendung der Nockenanordnung, um die Position der Begrenzungsringe relativ zueinander und zu den Wänden des Ausströmpfades zu verändern, vereinfacht vorteilhafterweise die lokale Steuerung des Drucks an der Substratoberfläche während des Plasmaätzens. Die Fähigkeit, diesen Ätzdruck an der Substratoberfläche lokal zu steuern, hilft, die Reproduzierbarkeit des Ätzvorgangs von Substrat zu Substrat zu gewährleisten. Wie zuvor erwähnt, verbessert die lokale Steuerung die Reaktionszeit. Wenn der Druck an der Substratoberfläche durch Variieren des Volumens des einströmenden Ätzgases oder durch Erhöhen der Abpumpgeschwindigkeit der Nebenproduktgase verändert wird, würde die Reaktionszeit statt dessen langsamer gewesen sein und es können auch andere unerwünschte Nebeneffekte auftreten.
Anders als in der Situation von Fig. 1 wird die Drucksteuerung vorteilhafterweise ohne Verändern des Gesamtvolumens der Ätzkammer erreicht (was aufgetreten wäre, wenn der Reaktionsgefäßdeckel angehoben oder abgesenkt worden wäre). Deswegen wird jeder unerwünschte Nebeneffekt mit einer Veränderung des Kammervolumens ausgeschlossen. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Drucksteuerung vorteilhafterweise ohne Verändern des Abstandes zwischen der oberen Elektrode und der Substratoberfläche erzielt wird (was ebenfalls aufgetreten wäre, wenn der Reaktionsgefäßdeckel angehoben oder abgesenkt worden wäre). Wie für Fachleute offensichtlich, wirkt das Erhöhen oder Verringern des Abstands zwischen der oberen Elektrode und der Substratoberfläche auf die Aufenthaltsdauer der Plasmaionen ein, was den Ätzprozess an der Substratoberfläche fundamental verändert. Ein solcher unbeabsichtigter Nebeneffekt wird ebenfalls durch die erfindungsgemäße Nockenanordnung vermieden.
Da der gesamte Nockenring einfach durch Bewegen der Position des Rades 302 (siehe Fig. 3) relativ zu der Trägerplatte 306 nach oben oder nach unten bewegt werden kann, vereinfacht die erfindungsgemäße Nockenanordnung das Verfahren der Einstellung der Position der Begrenzungsringe in der Plasmabehandlungskammer. Ferner ist es einfach, die Geschwindigkeit zu verändern, mit der die Begrenzungsringe in der hier offenbarten Nockenanordnung angehoben oder abgesenkt werden können. Die Begrenzungsringe können durch Erhöhen der Geschwindigkeit, mit der sich der Nockenring dreht, und/oder durch Verändern des Profils des Kurvenbereichs schneller angehoben oder abgesenkt werden. Beispielsweise erlauben eine flachere Neigung und eine langsame Drehgeschwindigkeit eine feinere Steuerung der Bewegung des Begrenzungsrings. Dagegen lassen eine steilere Neigung und eine schnellere Drehgeschwindigkeit den Begrenzungsring schneller anheben oder absenken. Wie zuvor erwähnt, kann ein gegebener Kurvenbereich vorteilhafterweise, aber nicht unbedingt sowohl eine steile Schräge als auch eine relativ flache Schräge enthalten. Die Fähigkeit, die Bewegung des Begrenzungsrings fein zu steuern, ist zum Beispiel während der Drucksteuerung vorteilhaft. Die Fähigkeit, die Begrenzungsringe schnell anzuheben oder abzusenken, ist zum Beispiel während des Substrattransports vorteilhaft.
Während diese Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, gibt es Abänderungen, Permutierungen und Äquivalente, die in den Schutzumfang dieser Erfindung fallen. Obwohl die Kurvenbereiche an der Unterseite des Nockenrings angeordnet dargestellt sind, ist es beispielsweise auch möglich, Kurvenbereiche an der Oberseite des Nockenrings vorzusehen. In diesem Fall würde der Nockenstößel entlang der Oberseite fahren, und der Kolben wird durch eine entsprechende Spannanordnung (zum Beispiel Feder) nach unten gedrückt. Auch können unterschiedliche Arten von Befestigungsvorrichtung, Dichtung, Hülse und/oder Anschlaganordnungen vorgesehen sein, um den Kolben mit Teilen der Plasmabehandlungskammer geeignet zu koppeln und/oder die Bewegung des Kolbens (oder jedes Begrenzungsrings) zu erzwingen. Als weiteres Beispiel können, obwohl der Antriebsmechanismus anhand eines Motors und einer Riemenanordnung diskutiert ist, andere Antriebsmechanismen mit zum Beispiel Ketten, Zahnrädern, Hydraulik, Reibrädern oder dergleichen eingesetzt werden. Als weiteres Beispiel kann, obwohl die Erfindung im Kontext einer kapazitiv gekoppelten Plasmabehandlungskammer erläutert ist, die hier offenbarte Nockenanordnung auch in einer beliebigen Plasmabehandlungskammer (einschließlich induktiv gekoppelter Plasmabehandlungskammern), welche Begrenzungsringe verwendet, eingesetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass es viele Alternativen zur Verwirklichung der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt. Die folgenden Ansprüche sollen deshalb so interpretiert werden, dass sie alle derartigen Abänderungen, Permutationen und Äquivalente, die in den Schutzumfang dieser Erfindung fallen, umfassen.

Claims

1. Nockenanordnung zum Bewegen eines Begrenzungsrings entlang einer ersten Achse einer Plasmabehandlungskammer, wobei der Begrenzungsring in einer Ebene senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist, mit

einem Nockenring; mit mehreren Kurvenbereichen an einer ersten Oberfläche des Nockenrings,

mehreren Nockenstößeln in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings;

mehreren Kolben, die parallel zu der ersten Achse ausgerichtet sind, wobei jeder der mehreren Kolben mit einem der mehreren Nockenstößel und mit dem Begrenzungsring gekoppelt ist, wobei sich die mehreren Kolben in einer organisierten Weise parallel zu der ersten Achse bewegen, wenn der Nockenring gedreht wird und die mehreren Nockenstößel in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings bleiben.

2. Nockenanordnung nach Anspruch 1, wobei es in den mehreren Kurvenbereichen drei Kurvenbereiche gibt.

3. Nockenanordnung nach Anspruch 2, wobei jeder der Kurvenbereiche eine schräg aufsteigende Fläche und eine schräg abfallende Fläche enthält, wobei die schräg aufsteigende Fläche eine erste Schräge und eine zweite Schräge steiler als die erste Schräge enthält.

4. Nockenanordnung nach Anspruch 3, wobei die zweite Schräge beim Drehen des Nockenrings den Begrenzungsring schneller entlang der ersten Achse bewegen lässt als dies durch die erste Schräge der Fall ist.

5. Nockenanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche eine Oberseite des Nockenrings ist.

6. Nockenanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche eine Unterseite des Nockenrings ist.

7. Verfahren zum Steuern des Drucks auf eine Oberfläche eines Substrats während einer Plasmabehandlung in einer Plasmabehandlungskammer, mit dem Vorsehen eines Begrenzungsrings, wobei der Begrenzungsring während der Plasmabehandlung einen oberhalb des Substrats gebildeten Plasmabereich umgibt, wobei wenigstens ein Teil des Begrenzungsrings in einem Ausströmpfad der Plasmabehandlungskammer angeordnet ist;

falls ein erster Druck auf die Oberfläche des Substrats über einem vordefinierten Druck liegt, dem Bewegen des Begrenzungsrings in eine erste Richtung, um einen Wirkdruck über den Begrenzungsring zu vermindern, wodurch der erste Druck auf die Oberfläche des Substrats verringert wird; und

falls der erste Druck auf die Oberfläche des Substrats unter dem vordefinierten Druck liegt, dem Bewegen des Begrenzungsrings in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung, um den ersten Druck zu erhöhen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Druck durch einen Drucksensor festgestellt wird, der in der Nähe der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Plasmabehandlungskammer einen weiteren Begrenzungsring enthält, wobei der Begrenzungsring ohne Bewegen des weiteren Begrenzungsrings in der Plasmabehandlungskammer bewegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, weiter mit

dem Vorsehen einer Nockenanordnung, die mit dem Begrenzungsring gekoppelt ist, wobei die Nockenanordnung so ausgebildet ist, dass sie den Begrenzungsring in die erste Richtung und die zweite Richtung bewegt und dabei ein Volumen der Plasmabehandlungskammer im wesentlichen konstant hält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Vorsehen der Nockenanordnung das Vorsehen eines Nockenrings, eines Kolbens und eines Nockenstößels beinhaltet, wobei der Kolben mit dem Begrenzungsring und dem Nockenstößel gekoppelt ist, wobei der Nockenstößel mit einer Oberfläche des Nockenrings in Rollkontakt steht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bewegen des Begrenzungsrings in die erste Richtung das Drehen des Nockenrings in eine erste Drehrichtung beinhaltet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bewegen des Begrenzungsrings in die zweite Richtung das Drehen des Nockenrings in eine zweite Drehrichtung entgegen der ersten Drehrichtung beinhaltet.

14. Nockenanordnung zum Bewegen eines Begrenzungsrings entlang einer ersten Achse einer Plasmabehandlungskammer, wobei der Begrenzungsring in der Plasmabehandlungskammer und in einer Ebene senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist, mit

einem Nockenring außerhalb der Plasmabehandlungskammer und mit einem Kurvenbereich an einer ersten Oberfläche des Nockenrings;

einem Nockenstößel außerhalb der Plasmabehandlungskammer und in Rollkontakt mit der ersten Oberfläche des Nockenrings;

einem Kolben, der parallel zu der ersten Achse ausgerichtet ist, wobei der Kolben mit dem Begrenzungsring und dem Nockenstößel gekoppelt ist, wobei der Kolben so ausgebildet ist, dass er sich in eine Richtung parallel zu der ersten Achse bewegt, um den Begrenzungsring entlang der ersten Achse bewegen zu lassen, während er im wesentlichen parallel zu der Ebene bleibt.

15. Nockenanordnung nach Anspruch 14, wobei der Kurvenbereich eine schräg aufsteigende Fläche und eine schräg abfallende Fläche enthält, wobei entweder die schräg aufsteigende Fläche oder die schräg abfallende Fläche eine erste Schräge und eine zweite Schräge steiler als die erste Schräge enthält.

16. Nockenanordnung nach Anspruch 15, wobei die zweite Schräge den Begrenzungsring beim Drehen des Nockenrings schneller entlang der ersten Achse bewegen lässt als die erste Schräge.

17. Nockenanordnung nach Anspruch 14, ferner mit einer Dichtung um einen Umfang des Kolbens.

18. Nockenanordnung nach Anspruch 14, ferner mit einer Spannanordnung, die ausgebildet ist, um den Nockenstößel zu der ersten Oberfläche des Nockenrings zu drücken.

19. Nockenanordnung nach Anspruch 14, ferner mit einem Rad, wobei das Rad so ausgebildet ist, dass es in Rollkontakt mit einer zweiten Oberfläche des Nockenrings ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche abgewandt ist.

20. Nockenanordnung nach Anspruch 14, ferner mit einem Paar Walzen in Rollkontakt mit dem Nockenring.

21. Nockenanordnung nach Anspruch 20, ferner mit einem Antriebsmechanismus, wobei der Antriebsmechanismus den Nockenring dreht, während er den Nockenring in eine Richtung drückt, die durch das Walzenpaar erzwungen ist.