DE10024699A1 - Plasmaätzanlage - Google Patents

Abstract

Es wird eine Plasmaätzanlage (5) zum insbesondere anisotropen Ätzen eines Substrates (13) durch Einwirken eines Plasmas (21) vorgeschlagen. Dazu ist eine erste, insbesondere induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) vorgesehen, die ein erstes Mittel (11) zum Generieren eines ersten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, eine Ätzkammer (10) zur Erzeugung eines ersten Plasmas (21) aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des ersten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein erstes Reaktivgas mit dem zu ätzenden Substrat (13) und eine erste Gaszuführung (22) aufweist. Dieser ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) ist eine zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (32) vorgeschaltet, die ein zweites Mittel (20), insbesondere einen Mikrowellengenerator (20), zum Generieren eine zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einen Plasmaerzeugungsbereich (33) zum Erzeugen eines zweiten Plasmas (18) aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein zweites Reaktivgas und eines zweite Gaszuführung (16) aufweist. Dabei ist das erzeugte zweite Plasma (18) der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) über die erste Gaszuführung (32) zumindest teilweise als erstes Reaktivgas zuführbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmaätzanlage zum insbesondere anisotropen Ätzen eines Substrates durch Einwirken eines Plasmas nach der Gattung des Hauptanspruches.

Stand der Technik

Aus dem Patent DE 42 41 045 C1 ist ein Siliciumhochratenätz­ prozess bekannt, bei dem zum Erreichen möglichst hoher Ätz­ raten die Erzeugung möglichst hoher Fluorradikalenkonzentra­ tionen erforderlich ist. Dies geschieht durch Einstrahlung entsprechend hoher Hochfrequenzleistungen in die dort einge­ setzte induktive Plasmaquelle mit Leistungswerten von typi­ scherweise 3 bis 6 kWatt. Durch eine derart hohe Leistung werden jedoch neben der gewünschten Steigerung der Fluorra­ dikalendichten auch unerwünscht hohe Dichten an Ionen er­ zeugt, die den Ätzprozess stören und für eine möglichst hohe Maskenselektivität schädlich sein können. Darüber hinaus führen derart hohe Dichten an Ionen auch teilweise zu uner­ wünscht hohen Aufheizungen des zu ätzenden Substrates und geben dort Anlass zu Profilabweichungen. Insofern muss in dieser bekannten Plasmaätzanlage durch geeignete Vorrichtun­ gen nachträglich, d. h. nach der eigentlichen Plasmaerzeu­ gung, dafür gesorgt werden, dass die Ionendichte auf zulässig niedrige Werte reduziert und vor allem homogenisiert wird, was durch eine Rekombination von Ionen und Elektronen über sogenannte Diffusionsstrecken oder an Aperturkonstruk­ tionen erreicht werden kann. Eine derartige Aperturkonstruk­ tion ist beispielsweise aus dem Patent DE 197 34 278 C1 be­ kannt. Durch den Einsatz derartiger Aperturkonstruktionen geht der Anteil der Hochfrequenzleistung, der zur Erzeugung unerwünscht hoher Ionendichten eingesetzt wurde, in Form von Wärme bzw. Strahlung verloren.

Neben der Problematik unerwünscht hoher Ionendichten bei be­ kannten Plasmaätzanlagen sind auch die dort erforderlichen hohen Hochfrequenzleistungen von 3 bis 6 kWatt problematisch und kostspielig. Insbesondere führen derartig hohe Hochfre­ quenzleistungen zu Stabilitätsproblemen innerhalb der Plas­ maätzanlage, die meist aus einer mangelhaften Anpassung der Impedanz der Plasmaquelle an die Impedanz des erzeugten Plasmas herrühren. So treten bei einer Fehlanpassung der er­ zeugten Hochfrequenzleistung an das Plasma sehr leicht Schä­ den an den eingesetzten Hochfrequenzkomponenten bzw. -gene­ ratoren auf, da dort in diesem Fall hohe elektrische Span­ nungen bzw. Ströme entstehen und eine zerstörerische Wirkung entfalten können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit die zugeführten Reaktiv­ gase in hohem Maße aufgebrochen und somit die für die Durch­ führung des Prozesses gemäß DE 42 41 045 C1 oder des Prozes­ ses gemäß DE 197 34 278 C1 benötigten Ätz- und Passivierspe­ zies sehr effektiv freigesetzt werden. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage aus dem bevorzugt während der Ätzschritte eingesetzten Ätzgas Schwefelhexafluorid eine große Menge an Fluorradikalen freigesetzt, und während der Passivierschritte aus einem Passiviergas wie C₄F₈ auch eine große Menge an teflonartigen Seitenwandpoly­ merbildnern (CF₂)_n generiert werden.

Dabei ist weiter vorteilhaft, dass in der zweiten Plasmaer­ zeugungsvorrichtung lediglich relativ niedrige Hochfrequenz­ leistungen von beispielsweise 600 bis 1200 Watt erforderlich sind, die anlagentechnisch und prozesstechnisch keine Pro­ bleme bereiten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung eine induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungs­ vorrichtung ist, bei der außerhalb der Ätzkammer eine ICP- Quelle bzw. ICP-Spule ("Inductively Coupled Plasma") ange­ ordnet ist. Diese induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvor­ richtung ist besonders vorteilhaft weiter mit einer vorge­ schalteten Plasmaerzeugungsvorrichtung in Form einer Mikro­ wellenplasmaerzeugungsvorrichtung verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, dass diese Vorrichtungen im Sinne einer soge­ nannten "Downstream"-Anordnung verbunden sind, wobei die zu­ geführten Reaktivgase unmittelbar vor der induktiv gekoppel­ ten Plasmaerzeugungsvorrichtung durch ein dielektrisches Rohr wie beispielsweise ein Quarzrohr oder ein Keramikrohr fließen, in dem durch intensive Mikrowelleneinstrahlung ein hochdichtes Plasma in einem relativ kleinem Volumen unter­ halten wird. Durch dieses Mikrowellenplasma werden die zuge­ führten Reaktivgase somit schon in hohem Maße aufgebrochen, und die für die Ätzschritte bzw. die Passivierschritte benö­ tigten Ätzspezies bzw. Passivierspezies werden freigesetzt.

Dabei ist weiter vorteilhaft, dass die in dem Mikrowellen­ plasma unvermeidbar ebenfalls mit relativ hoher Dichte er­ zeugten Ionen vor der Zuführung dieses Plasmas als Reaktiv­ gas in das Plasma der induktiv gekoppelten Plasmaerzeugungs­ vorrichtung zunächst unschädlich gemacht werden können, in­ dem die Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung entweder ei­ nen ausreichenden Abstand von der eigentlichen Ätzkammer mit der induktiv gekoppelten Plasmaerzeugungsvorrichtung be­ sitzt, so dass durch Volumenrekombinationen bzw. Wandrekom­ binationen die unerwünscht hohe Tonendichte in diesem Mikro­ wellenplasma wieder abgebaut wird, oder, bevorzugt, indem man im Bereich des Eintrittes der Gaszuführung in die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung, d. h. beim Übertritt des Mikro­ wellenplasmas in die Ätzkammer mit der induktiv gekoppelten Plasmaerzeugungsvorrichtung, eine Entladevorrichtung plat­ ziert.

Diese Entladevorrichtung ist vorteilhaft ein metallisches oder keramisches Netz, eine Lochplatte bzw. ein Lochblech oder ein sogenannter "Showerhead", d. h. ein "Duschkopf", an dem von dem Mikrowellenplasma herrührende Ionen beim Durch­ tritt vollständig entladen bzw. mit Elektronen rekombiniert werden. Dabei nutzt man weiter aus, dass eine derartige Ent­ ladevorrichtung für neutrale Fluorradikale bzw. polymerbil­ dende Monomere völlig neutral agiert. Im Übrigen kann durch eine zusätzliche Heizeinrichtung bzw. eine Beheizung der Entladevorrichtung sichergestellt werden, dass keine uner­ wünschte Deposition von Reaktivgasen oder Reaktionsprodukten aus den Reaktivgasen auf dieser Entladevorrichtung erfolgt. Eine derartige Beheizung kann schließlich auch passiv erfol­ gen, da durch den Wärmeeintrag aus dem darüber befindlichen Mikrowellenplasma bereits eine vielfach ausreichende Behei­ zung gegeben ist.

Der Einsatz einer Entladevorrichtung insbesondere in Form eines metallischen Netzes oder Lochbleches verhindert wei­ ter, dass aus der Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung Mi­ krowellenstrahlung in die induktiv gekoppelte Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung übertritt, so dass dort ein ansonsten er­ heblicher sicherheitstechnischer Aufwand zur Abschirmung dieser Strahlung unterbleiben kann.

Insgesamt wird durch die Entladevorrichtung somit sehr vor­ teilhaft erreicht, dass der eigentlichen Ätzkammer nur neu­ trale Radikale für die Ätzung bzw. Seitenwandpassivierung zugeführt werden, während geladene Teilchen vor dem Eintritt in die Ätzkammer zumindest weitgehend bereits neutralisiert werden, und weiterhin auch Mikrowellenstrahlung am Eintritt in die Ätzkammer gehindert wird.

Der Einsatz von Mikrowellenstrahlung bzw. der Einsatz eines Mikrowellengenerators in der vorgeschalteten zweiten Plasma­ erzeugungsvorrichtung ist besonders kostengünstig, da dank der fortschrittlichen Technik von Mikrowellenerwärmungsgerä­ ten Leistungen im kWatt-Bereich zu außerordentlich günstigen Preisen erzeugt werden können. Dazu werden meist sogenannte Magnetronröhren eingesetzt. Außerdem besteht bei der Mikro­ wellenanregung nicht das Risiko einer Zerstörung von insbe­ sondere elektronischen Komponenten im Falle einer Fehlanpas­ sung, da reflektierte Mikrowellenleistungen in dem einge­ setzten, an sich bekannten Hohlraumresonator mittels bekann­ ter Richtkoppler auf eine sogenannte Wasserlast, d. h. einen Absorber für Mikrowellenstrahlung, geleitet bzw. abgeführt werden können. Somit ist es möglich, in der vorgeschalteten zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung mit extrem hohen Lei­ stungen von beispielsweise 5 bis 10 kWatt zu arbeiten, und extrem hohe Dichten an neutralen Radikalen der eigentlichen nachgeschalteten Ätzkammer zur Verfügung zu stellen. Da Fluorradikale und die die Seitenwandpassivierung aufbauenden Monomere für einen Prozess gemäß DE 42 41 048 C1 relativ langlebig sind und daher große Reichweiten besitzen, sind die Verluste an solchen Spezies bis zum Ort der eigentlichen Ätzreaktion, d. h. am Substrat, vernachlässigbar gering.

Das gemäß DE 42 41 045 C1 durchgeführte Verfahren wird übli­ cherweise in induktiv gekoppelten Plasmaätzanlagen mit einem Sauerstoffanteil von 5% bis 10% des Flusses an Schwefel­ hexafluorid als Ätzgas in den Ätzschritten betrieben, um da­ durch schädliche Schwefelausscheidungen im Abgasbereich der Anlage zu unterdrücken. Der Sauerstoffanteil, der im Übrigen ausschließlich während der Ätzschritte zugesetzt werden darf, hat bislang keinen weiteren Effekt auf das Ätzergeb­ nis, da das Reaktivgas Schwefelhexafluorid unter ICP- Anregungsbedingungen unter Freisetzung von Fluorradikalen nur bis zum stabilen Schwefeltetrafluorid (SF4) reduziert wird, und bei den relativ geringen Anregungsdichten in in­ duktiv gekoppelten Plasmaerzeugungsvorrichtungen nur ein ge­ ringer Teil zu niedrigeren, mit Sauerstoff reaktionsfähigen Schwefel-Fluor-Verbindungen heruntergebrochen wird. Insofern ist bei bisher bekannten Plasmaätzanlagen die Erhöhung der Fluorradikalenkonzentration im Plasma durch Absättigung sol­ cher niedrigerer Schwefel-Fluor-Verbindungen mit Sauerstoff unter weiterer Fluorfreisetzung vernachlässigbar, so dass der Sauerstoffzusatz bislang keinen ätzratensteigernden Ef­ fekt ausübt. Dagegen wird nunmehr vorteilhaft durch den Ein­ satz einer Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung, bei der extrem hohe Leistungsdichten in einem sehr kleinen Volumen erzeugt werden, durch den Sauerstoffzusatz erreicht, dass auch solche Reaktionen von Schwefel-Fluor-Verbindungen mit Sauerstoffradikalen in nennenswertem Ausmaß auftreten und dadurch zusätzlich Fluorradikale bereitstellen. Insofern ist im Fall der erfindungsgemäßen Plasmaätzanlage der Zusatz von Sauerstoff nicht mehr neutral hinsichtlich der erzeugten Fluorradikalendichte in der Ätzkammer, sondern er bewirkt eine signifikante Erhöhung der verfügbaren Fluorradikalen­ mengen und erlaubt damit höhere Ätzraten für Silicium.

Die sich an die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung anschlie­ ßende erste Plasmaerzeugungsvorrichtung mit der eigentlichen Ätzkammer mit induktiver Plasmaanregung hat somit in erster Linie die Aufgabe, eine kontrollierte Ionisation des zuge­ führten Reaktivgases aus im Wesentlichen neutralen Radikalen und noch unverbrauchten Reaktivgasen zu bewirken. Dazu genü­ gen nun vorteilhaft relativ niedrige Hochfrequenzleistungen von beispielsweise 600 bis 1200 Watt. Neben der Erzeugung der für einen anisotropen Ätzprozess benötigten Konzentra­ tionen an Ionen in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung dient diese nunmehr in zweiter Linie weiter der zusätzlichen Erzeugung von Ätzspezies bzw. in geringem Umfang von Passi­ vierspezies. Dabei hat eine induktive Plasmaanregung gegen­ über einer Mikrowellenanregung in der eigentlichen Ätzkammer den Vorteil, dass mittels in der Ätzkammer installierter ge­ eigneter Vorrichtungen, insbesondere Aperturblenden, beson­ ders uniforme Ätzergebnisse über der gesamten Oberfläche des zu ätzenden Substrates erreicht werden.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfol­ genden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Plasmaätzanlage im Schnitt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung geht zunächst aus von einem anisotropen Ätz­ verfahren zur Ätzung von Silicium mit Hilfe eines Plasmas wie es beispielsweise aus DE 42 41 045 C1 bekannt ist. Dabei werden abwechselnd Passivierschritte und Ätzschritte einge­ setzt, wobei während der Ätzschritte als Reaktivgas ein Ge­ misch von Schwefelhexafluorid und Argon eingesetzt wird, dem zusätzlich Sauerstoff beigemischt sein kann. Während der Passivierschritte wird ein gasförmiger Fluorkohlenstoff bzw. Fluorkohlenwasserstoff, beispielsweise C₄F₈ oder CHF₃, gege­ benenfalls gemischt mit Argon, eingesetzt. Hinsichtlich wei­ terer Details zu diesem an sich bekannten Prozess sei auf DE 42 41 045 C1 verwiesen. Ausführliche Angaben zur konkreten Prozessführung, insbesondere hinsichtlich der einsetzbaren Gase und Gasflüsse, sind weiter auch der DE 198 26 382 A1 zu entnehmen.

Weiterhin geht die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage zunächst von einer ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 aus, wie sie aus dem Patent DE 197 34 278 C1 bekannt ist. Diese Plasmaer­ zeugungsvorrichtung 31 wird erfindungsgemäß dadurch modifi­ ziert, dass ihr eine zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung 30 vorgeschaltet ist.

Die Figur zeigt zunächst die prinzipiell aus DE 197 34 278 C1 bekannte erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 31, die im Be­ reich einer Entladevorrichtung 23 mit der zweiten Plasmaer­ zeugungsvorrichtung 30 verbunden ist. Die erste Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung 31 weist weiter eine Ätzkammer 10 auf, der mittels einer ersten Gaszuführung 32 in Form einer dielek­ trischen Röhre 22 ein Reaktivgas bzw. ein Reaktivgasgemisch zuführbar ist. Weiter ist vorgesehen, dass die erste Plasma­ erzeugungsvorrichtung 31 mit einer zweiten Plasmaquelle 11 versehen ist. Die zweite Plasmaquelle 11 ist im erläuterten Beispiels eine ICP-Spule mit einem zugehörigen Hochfrequenz­ generatorbauteil, mit der innerhalb der Ätzkammer 10 ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld generierbar ist, das durch Einwirken auf von dem ersten Reaktivgas be­ reitgestellte reaktive Teilchen ein erstes Gasplasma 21 im Inneren der Ätzkammer 10 erzeugt bzw. das durch die Einkop­ pelung des durch die ICP-Spule 11 erzeugten hochfrequenten Magnetfeldes in der mit reaktiven Gas beschickten Ätzkammer 10 zur Zündung des ersten Gasplasmas 21 führt.

Weiter ist in der Ätzkammer 10 ein Substrat 13, beispiels­ weise ein Siliciumwafer, vorgesehen, der mit einer Substra­ telektrode 12 elektrisch verbunden ist, die selbst über eine Leitung 15 mit einer nicht dargestellten Hochfrequenz- Spannungsquelle verbunden ist. Das Anlegen einer hochfre­ quenten Wechselspannung an die Substratelektrode 12 bewirkt somit ein Beschleunigen von in dem ersten Gasplasma 21 ent­ haltenen Ionen in Richtung auf das Substrat 13, was in be­ kannter Weise zu einer anisotropen Ätzung von beispielsweise Silicium führt.

Innerhalb der Ätzkammer 10 kann weiterhin eine Apertur oder eine Apertur mit einem zylindrischen Aufsatz vorgesehen sein, wie dies ausführlich in DE 197 34 278 C1 beschrieben ist. Darüber hinaus kann die Effizienz der Plasmaerzeugung in der Ätzkammer 10 durch die zweite Plasmaquelle 11 durch ein zusätzliches Magnetfeld noch gesteigert werden. Eine da­ zu geeignete Vorrichtung ist in der Anmeldung DE 199 33 841.8 beschrieben.

Im Übrigen ist die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 wei­ ter mit einem Absaugstutzen 14 und einem nicht dargestellten Regelventil verbunden, so dass damit ein definierter Druck innerhalb der Ätzkammer 10 einstellbar ist.

Der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 vorgeschaltet ist die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung 30, die in Form einer Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung ausgebildet ist. Dazu weist die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung 30 einen Mikro­ wellengenerator 20 auf, der insbesondere in Form eines Ma­ gnetrons oder einer Magnetronröhre ausgebildet ist. Dieser stellt beispielsweise eine Mikrowellenleistung von 5 bis 15 kWatt bei einer Frequenz von 2,45 GHz zur Verfügung. Die von dem Mikrowellengenerator 20 erzeugte Mikrowellenleistung wird dann weiter in einen Hohlraumresonator 34 eingekoppelt, der zur Abstimmung seiner Resonatorlänge mit einer an sich bekannten Abstimmvorrichtung 17 versehen ist. Die Abstimm­ vorrichtung 17 dient zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 34 auf die von dem Mikrowellengenerator 20 abgegebene Mikrowellenstrahlung.

Weiter ist vorgesehen, dass der Hohlraumresonator 34 eine an sich bekannte Anpassvorrichtung 19 zur Anpassung der Mode der eingekoppelten Mikrowellenstrahlung an ein erzeugtes Mi­ krowellenplasma aufweist. Darüber wird in dem Hohlraumreso­ nator 34 eine zirkulare Mode eingestellt, die hinsichtlich ihrer Modenform gut an das üblicherweise rotationssymmetri­ sche Mikrowellenplasma angepasst werden kann.

Schließlich sorgt ein Richtkoppler 35 dafür, dass infolge einer beispielsweise temporären Fehlanpassung der Resonanz­ frequenz des Hohlraumresonators 34 an die eingestrahlten Mi­ krowellen in dem Hohlraumresonator 34 auftretende, in uner­ wünschter Weise reflektierte Mikrowellenleistungen zumindest teilweise abführbar sind. Der Hohlraumresonator 34 weist da­ zu bevorzugt eine Mehrzahl derartiger, an sich bekannter Richtkoppler 35 auf, die ihrerseits auf eine sogenannte "Wasserlast" gerichtet sind, wo die über den oder die Richt­ koppler 35 aus dem Hohlraumresonator 34 abgeführte Mikrowel­ lenleistung in unschädlicher Weise in Wärme verwandelt wer­ den kann. Insofern kann anstelle einer Wasserlast alternativ auch sonstiger Absorber für Mikrowellenstrahlung eingesetzt werden.

Die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung 30 weist weiter min­ destens eine zweite Gaszuführung 16 auf, über die der zwei­ ten Plasmaerzeugungsvorrichtung 30 zuzuführende Reaktivgase bzw. Reaktivgasgemische, wie sie aus DE 42 41 045 C1 bekannt sind, eingeleitet werden. Im erläuterten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass diese zweite Gaszuführung 16 zumindest in unmittelbarer Umgebung des Hohlraumresonators 34 in Form einer dielektrischen Röhre 22, beispielsweise einer Quarz­ röhre oder einer Keramikröhre, ausgeführt ist, die den Hohl­ raumresonator 34 durchdringt. Insofern bildet sich in dem Hohlraumresonator 34 innerhalb der Röhre 22 ein Plasmaerzeu­ gungsbereich 33 aus, in dem bei Zufuhr eines Reaktivgases durch die zweite Gaszuführung 16 ein Mikrowellenplasma ge­ zündet wird. Dieses Mikrowellenplasma weist eine besonders hohe Leistungsdichte von beispielsweise 30 bis 100 Watt/cm³ bei einem typischerweise kleinen Volumen von lediglich 10 cm³ bis 200 cm³ auf.

In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist weiter vorgese­ hen, dass sich der Plasmaerzeugungsbereich 33 innerhalb der Röhre 22 in einer Umgebung der Verbindung der ersten Plasma­ erzeugungsvorrichtung 31 mit der zweiten Plasmaerzeugungs­ vorrichtung 32 befindet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die dielektrische Röhre 22 als den Hohlraumresonator 34 be­ reichsweise durchquerende, in die Ätzkammer 10 führende die­ lektrische Röhre ausgebildet ist, so dass das in dem Plasma­ erzeugungsbereich 33 erzeugte zweite Plasma 18 aus der er­ sten Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 über die erste Gaszufüh­ rung 32 zumindest teilweise als erstes Reaktivgas der Ätz­ kammer 10 zuführbar ist. Dort wird dann mit dem derart zugeführten Reaktivgas das erste Gasplasma 21 durch die erläu­ terte induktiv gekoppelte Plasmaanregung gezündet.

Im Bereich des Übergangs der dielektrischen Röhre 22 bzw. der ersten Gaszuführung 32 von der zweiten Plasmaerzeugungs­ vorrichtung 30 in die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 ist weiter eine Entladevorrichtung 23 vorgesehen, die eine zumindest teilweise Entladung von Ionen und/oder Elektronen aus dem zweiten Plasma 18 bewirkt. Diese Entladevorrichtung 23 ist beispielsweise in Form eines metallischen oder kera­ mischen Netzes, einer Lochplatte oder eines Duschkopfes aus­ gebildet, was dazu führt, dass aus dem zweiten Gasplasma 18 herrührende Ionen beim Durchtritt durch die Entladevorrich­ tung 23 neutralisiert bzw. mit Elektronen rekombiniert wer­ den. Gleichzeitig ist die Entladevorrichtung 23 beispiels­ weise für neutrale Fluorradikale bzw. polymerbildende Mono­ mere durchlässig.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiter vorgesehen, dass die Entladevorrichtung 23 mit einer nicht dargestellten Heizvorrichtung versehen ist, so dass eine Deposition von Reaktivgasen oder Reaktivgasprodukten auf der Entladevor­ richtung 23 unterdrückt werden kann. Die Entladevorrichtung 23 bewirkt weiter, sofern sie aus einem Metall ausgebildet ist, eine Abschirmung der Mikrowellenstrahlung aus dem Hohl­ raumresonator 34 gegenüber der Ätzkammer 10, so dass diese nicht in die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 übertreten kann.

Insgesamt ist die erläuterte Plasmaätzanlage 5 somit in Form einer sogenannten "Downstream"-Anordnung mit einer vorge­ schalteten Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung und einer nachgeschalteten induktiv gekoppelten Plasmaerzeugungsvor­ richtung ausgeführt. Die zugeführten Reaktivgase strömen dabei unmittelbar vor dem Eintreten in die induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtung 31 durch den Hohlraumresonator 34 hindurch, wo ein zweites Gasplasma 18 gezündet bzw. un­ terhalten wird. Durch eine Kombination einer an sich bekann­ ten Mikrowellenplasmaquelle in Verbindung mit einem "Ionen­ neutralisator" in Form der Entladevorrichtung 23 zur Erzeu­ gung eines im Wesentlichen ionenfreien radikalen Gemisches aus einem zugeführten Reaktivgas, und einer nachgeschalte­ ten, induktiv gekoppelten Plasmaerzeugungsvorrichtung im Sinne einer hybriden Anordnung können somit extrem hohe Ätz­ raten beispielsweise beim Ätzen von Silicium erreicht wer­ den, ohne dass die sonst auftretenden schädlichen Nebenef­ fekte wie Substraterwärmung, Selektivitätsverlust oder Pro­ filstörungen auftreten.

Das Aufbrechen eines großen Teils der Reaktivgasspezies vor der eigentlichen Ätzkammer 10 mittels Mikrowellenanregung stellt dabei eine besonders effiziente und kostengünstige Variante zur Gewinnung einer hohen Dichte von Ätzspezies bzw. auch Passivierspezies dar.

In diesem Zusammenhang sei weiter betont, dass kommerziell erhältliche induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtun­ gen 31 in einfacher Weise nachträglich mit einer zusätzli­ chen zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung in Form einer Mi­ krowellenplasmaerzeugungsvorrichtung aufgerüstet werden kön­ nen.

Claims (16)

1. Plasmaätzanlage zum insbesondere anisotropen Ätzen eines Substrates durch Einwirken eines Plasmas, mit einer ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung, die ein erstes Mittel zum Generieren eines ersten hochfrequenten elektromagneti­ schen Wechselfeldes, eine Ätzkammer zur Erzeugung eines er­ sten Plasmas aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des er­ sten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein erstes Reaktivgas und eine erste Gaszuführung aufweist, wobei das zu ätzende Substrat in der Ätzkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung (31) eine zweite Plasmaerzeugungsvorrich­ tung (32) vorgeschaltet ist, die ein zweites Mittel (20) zum Generieren eines zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einen Plasmaerzeugungsbereich (33) zum Erzeu­ gen eines zweiten Plasmas (18) aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein zweites Reaktivgas und eine zweite Gaszuführung (16) aufweist, wobei das zweite Plasma (18) der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) über die erste Gas­ zuführung (32) zumindest teilweise als erstes Reaktivgas zu­ führbar ist.

2. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) eine induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtung ist, die als erstes Mittel mindestens eine ICP-Spule (11) aufweist.

3. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) eine über eine Zuleitung (15) mit einer Hochfrequenz- Spannungsquelle verbundene Substratelektrode (12) aufweist, mit der ein in dem ersten Plasma (21) enthaltener Ionenstrom auf das Substrat (13) beschleunigbar ist.

4. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das zweite Mittel (20) ein Mikrowellengenerator (20), insbesondere ein Magnetron oder eine Magnetronröhre, ist, und dass die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (32) eine Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung ist.

5. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (32) einen Hohlraumresonator (34) aufweist.

6. Plasmaätzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass der Hohlraumresonator (34) eine Abstimmvorrichtung (17) zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresona­ tors (34) aufweist.

7. Plasmaätzanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Hohlraumresonator (34) eine Anpass­ vorrichtung (19) zur Anpassung einer durch die Mikrowellen­ plasmaerzeugungsvorrichtung erzeugten Mikrowellenmode an das zweite Plasma (18) aufweist.

8. Plasmaätzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Mikrowellenplasmaerzeugungsvorrichtung minde­ stens einen Richtkoppler (35) aufweist und mit einem Absorber für Mikrowellenstrahlung, insbesondere einer Wasserlast, in Verbindung steht.

9. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plas­ maerzeugungsvorrichtung (31) und die zweite Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung (32) über eine dielektrische Röhre (22), insbesondere ein Quarzrohr oder ein Keramikrohr, gasdurch­ gängig miteinander verbunden sind, wobei die dielektrische Röhre (22) mit der ersten Gaszuführung (32) und der zweiten Gaszuführung (16) gasdurchgängig in Verbindung steht.

10. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Plasma­ erzeugungsbereich (33) innerhalb des Hohlraumresonators (34) in einer Umgebung der Verbindung der ersten Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung (31) mit der zweiten Plasmaerzeugungsvor­ richtung (32) im Inneren der den Hohlraumresonator bereichs­ weise durchquerenden dielektrischen Röhre (22) befindet.

11. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektri­ sche Röhre (22) die zweite Gaszuführung (16) bildet.

12. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der er­ sten Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) und der zweiten Plas­ maerzeugungsvorrichtung (32) eine Entladevorrichtung (23) vorgesehen ist, die eine zumindest teilweise Entladung von Ionen und/oder Elektroden aus dem zweiten Plasma (18) be­ wirkt.

13. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevor­ richtung (23) beheizbar ist.

14. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevor­ richtung (23) innerhalb der dielektrischen Röhre (22) und/oder im Bereich des Eintrittes der ersten Gaszuführung (32) in die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (31) angeord­ net ist.

15. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevor­ richtung (23) ein metallisches oder keramisches Netz, eine Lochplatte oder ein Duschkopf ist.

16. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevor­ richtung (23) zwischen der ersten Plasmaerzeugungsvorrich­ tung (31) und der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung (32) derart angeordnet ist, dass das der ersten Plasmaerzeugungs­ vorrichtung (31) über die erste Gaszuführung (32) zuführbare erste Reaktivgas zumindest nahezu vollständig durch die Ent­ ladevorrichtung (23) durchtritt.