DE19854198A1 - Plasmabearbeitungsvorrichtung - Google Patents
PlasmabearbeitungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Plasmabearbeitungsvorrichtung,
die zum Bearbeiten eines Substrats mittels Plasma geeignet
ist, wie z. B. zum Plasmaätzen, für Plasma-CVD usw. bei der
Herstellung von z. B. Halbleiterbauteilen oder Flüssigkris
talldisplays (LCD).
Hinsichtlich Herstellvorrichtungen, wie sie bei Massenher
stellprozessen für hochintegrierte Schaltungen (LSI) und
LCDs verwendet werden, ist es erforderlich, mehrere Substra
te pro Zeiteinheit zu bearbeiten, wobei eine homogene Bear
beitung großflächiger Substrate auf kleiner Installations
fläche erzielt werden soll.
Um diesen Erfordernissen zu genügen, ist ein Plasma hoher
Dichte erforderlich, um z. B. beim Ätzen und bei einer
CVD-Verarbeitung hohen Durchsatz zu erzielen, und hinsichtlich
einer homogenen Bearbeitung eines großflächigen Substrats
ist es erforderlich, ein großflächiges, homogenes Plasma zu
erzeugen. Außerdem sollen die Vorrichtungen klein sein, um
eine kleine Installationsfläche zu erzielen.
Ein Plasma hoher Dichte bedeutet im Allgemeinen eine Elek
tronendichte von mehr als 1×1011 cm-3. Ferner haben im
Fall von LSIs großflächige Substrate im Allgemeinen einen
Durchmesser von mehr als 8 Zoll (1 Zoll = 2,54 mm), und im
Fall von LCDs haben Substrate im Allgemeinen eine Größe über
630×550 mm2.
Eine herkömmliche Plasmaquelle ist z. B. von Karl-Heinz
Kretschmer, Karl Matl, Gerhard Lorenz, Ingo Kesseler und
Bernd Dumbacher in "An Electron Cyclotron Resonance (ECR)
Plasma Source", Solid State Technology, Februar 1990, S. 53-55
beschrieben. Diese herkömmliche Technik ist durch Fig.
17 veranschaulicht.
Bei dieser Technik werden Mikrowellen von einem Mikrowellen
sender 1001 durch einen Mikrowellen-Einlassanschluss 1003,
ein Metallgefäß 1004 und ein Quarzgefäß 1005 hindurch von
oben her vertikal auf ein Substrat 1002 geführt. Durch Per
manentmagnete 1006, die so angeordnet sind, dass sie den Um
fang der Gefäße 1004 und 1005 umgeben, wird ein ECR(Electron
Cyclotron Resonance = Elektron-Zyklotronresonanz)-Bereich
erzeugt, und ferner wird ein Magnetfeld zum Eingrenzen des
Plasmas erzeugt. Außerdem sind Gitter 1007, ein Substrat
halter 1008 und eine Hochfrequenz-Spannungsquelle 1009 vor
handen.
Ferner ist eine andere herkömmliche Technik z. B. von Hiro
shi Nishizato und drei weiteren Autoren in "Deposition of
SiOF Film in a High Density Plasma Reactor", Proceedings:
The Fourth International Symposium on Sputtering & Plasma
Processes, ISSP '97, Kanazawa, Japan, 1995, S. 61-66 be
schrieben. Diese andere herkömmliche Technik ist durch Fig.
18 veranschaulicht.
Bei dieser bekannten Technik ist eine Plasmaerzeugungskammer
2001 gesondert von einer Bearbeitungskammer zum Bearbeiten
eines Substrats 2002 vorhanden, wobei unter Verwendung einer
Hauptspule 2003 ein ECR-Magnetfeld in der Plasmaerzeugungs
kammer 2001 erzeugt wird. Mikrowellen werden von oben verti
kal auf das Substrat 2002 geführt, und unter dem Substrat
ist eine Hilfsspule 2004 vorhanden, die das von der Haupt
spule 2003 erzeugte Magnetfeld unter einen vorbestimmten
Wert herunterdrückt. Außerdem sind ein SiH4-Einlassstutzen
2005 und eine Hochfrequenz-Spannungsquelle 2006 vorhanden.
Mit der in Fig. 17 dargestellten bekannten Vorrichtung las
sen sich großflächige Substrate 1002 bearbeiten, auf die der
größte Teil der Mikrowellen trifft. Nachdem Mikrowellen am
Substrat reflektiert wurden, treffen sie auf das durch die
Permanentmagnete 1006 erzeugte ECR-Magnetfeld. Daher wird
die Erwärmung des Substrats 1002 beträchtlich. Ferner kommt
es zu schlechtem Erzeugungswirkungsgrad für das Plasma, da
es hauptsächlich durch in der Kammer gestreute Mikrowellen
erzeugt wird. Demgemäß ist es schwierig, ein Plasma hoher
Dichte zu erzeugen. Anders gesagt, wird im Vakuumgefäß das
Profil einer stehenden Mikrowelle erzeugt, da keine Plasma
dichte über einem Grenzwert erzeugt wird. Wenn das Plasma
den Einfluss der stehenden Welle erfährt, ist es schwierig,
ein homogenes, großflächiges Plasma hoher Dichte zu erzeu
gen.
Beim in Fig. 18 dargestellten Stand der Technik treten Mi
krowellen unmittelbar in das durch die Hauptspule 2003 er
zeugte ECR-Magnetfeld ein, wodurch der Wirkungsgrad für die
Plasmaerzeugung hoch ist. Da jedoch die Hauptspule 2003 dazu
verwendet wird, einen großflächigen ECR-Magnetfeldbereich zu
erzeugen, besteht bei der Bearbeitung eines großflächigen
Substrats 2002 das Problem, dass die Hauptspule 2003 groß
sein muss. Ferner ist es selbst bei Verwendung der Hilfsspu
le 2004 schwierig, auf dem Substrat 2002 ein gleichmäßiges
Profil der Magnetfeldstärke zu erzeugen. Da das Dichteprofil
des Plasmas vom Profil der Magnetfeldstärke abhängt, besteht
ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, ein homoge
nes und großflächiges Plasma zu erzeugen, d. h., dass es
schwierig ist, an einem großflächigen Substrat 2002 einen
homogenen Prozess auszuführen. Ferner besteht wegen des am
Substrat 2002 vorliegenden ungleichmäßigen Magnetfelds das
Problem, dass Beschädigungen an einem Bauteil oder der Vor
richtung auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmabear
beitungsvorrichtung zu schaffen, in der ein großflächiges,
gleichmäßiges Plasma hoher Dichte auf einfache Weise erzeugt
werden kann, wobei die Vorrichtung auch kompakt aufgebaut
werden kann.
Diese Aufgabe ist durch die Vorrichtung gemäß dem beigefüg
ten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Aus
gestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Wenn z. B. vier Wellenleiter mit der Bearbeitungskammer ver
bunden sind, durchlaufen die von einer Sendereinrichtung
herkommenden Mikrowellen zwei Mal einen T-Verzweigungsstück-
Wellenleiter. Die Wellenleiter sind dort, wo sie an die Be
arbeitungskammer angeschlossen sind, im Wesentlichen symme
trisch in Bezug auf die Transportrichtung des Substrats an
geordnet. Im ECR-Magnetfeldbereich, der in der Nähe des Ein
trittsbereichs der Mikrowellen in das Innere der Bearbei
tungskammer vorhanden ist, werden mittels der Mikrowellen
Elektronen hoher Energie erzeugt. Im gezahnten Magnetfeld,
das von der Nähe der Wand der Bearbeitungskammer in den
mittleren Teil derselben gerichtet ist, fällt die Magnet
feldstärke abrupt. Elektronen hoher Energie werden daher
örtlich in der Nähe der Wand erzeugt und diffundieren leicht
in den mittleren Teil der Bearbeitungskammer, wodurch ein
Plasma erzeugt wird, das sich über die gesamte Bearbeitungs
kammer erstreckt. Da ein durch Permanentmagnete erzeugtes
gezahntes Magnetfeld verwendet wird, ist die Magnetfeldstär
ke im Plasmaeingrenzungsbereich sehr klein. Demgemäß ist es
möglich, ein gleichmäßiges Plasma zu erzeugen. Insbesondere
dann, wenn mehr als vier Wellenleiter mit der Bearbeitungs
kammer verbunden sind, ist es möglich, ein homogenes Plasma
zu erzeugen, wie es zur homogenen Bearbeitung eines großflä
chigen Substrats erforderlich ist. Ferner ist es möglich,
die Magnetfeldstärke am Substrat auf weniger als 1×10-3 T
(10 Gauss) einzustellen, wodurch die Gefahr einer Bauteile
beschädigung vermieden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver
anschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbeitungs
vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er
findung zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die die in Fig. 1 dargestellte
Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Plasmabearbeitungsvor
richtung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 ist eine Frontansicht der Plasmabearbeitungsvorrich
tung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 ist eine Konstruktionsansicht, die eine Mikrowellen
schaltung bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Plasmabearbei
tungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 ist eine Charakteristikansicht, die das Profil der
Elektronendichte in einem Argon(Ar)-Plasma bei einem Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke
für den Fall zeigt, dass ein Siliziumoxid(SiO2)-Film unter
Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung herge
stellt wird.
Fig. 9A zeigt eine Konstruktionsansicht für den Fall, dass
ein System mit zwei Verzweigungsstück-Wellenleitern bei
einem Herstellprozess für einen Siliziumoxidfilm verwendet
wird;
Fig. 9B zeigt eine Konstruktionsansicht für den Fall, dass
ein System ohne Verzweigungsstück-Wellenleiter bei einem
Herstellprozess für einen Siliziumoxidfilm verwendet wird;
Fig. 10A ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke
eines mit dem System gemäß Fig. 9A hergestellten Silizium
oxidfilms zeigt;
Fig. 10A ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke
eines mit dem System gemäß Fig. 9B hergestellten Silizium
oxidfilms zeigt;
Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Zustand einer einfallenden
Mikrowelle und einer reflektierten Mikrowelle in einem Ver
zweigungsstück-Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine Ansicht, die einen Installationsteil eines
Richtungskopplers bei einem Ausführungsbeispiel der Erfin
dung zeigt;
Fig. 13 ist eine Vorderansicht, die eine Plasmabearbeitungs
vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er
findung zeigt;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbei
tungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist eine Seitenansicht zu Fig. 14;
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbei
tungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt; und
Fig. 17 und 18 sind Ansichten, die eine erste bzw. zweite
bekannte Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigen.
Wie es in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist, besteht eine
Bearbeitungskammer 100 aus einer oberen Platte 1 und einer
Seitenwand 2, die über ein Isolierelement 3 miteinander ver
bunden sind. Außerdem ist die Seitenwand 2 über ein weiteres
Isolierelement 4 mit einer Grundplatte 5 verbunden, die
elektrisch an ein Standardpotential angeschlossen ist. Eine
Transportkammer 7, in der ein Substrat 14 transportiert
wird, ist über ein Schleusenventil 6 mit der Grundplatte 5
verbunden, und über ein anderes Schleusenventil 8 ist eine
Evakuiereinrichtung 9 zum Auspumpen der Bearbeitungskammer
100 angeschlossen.
Ein Substrathalter 11 zum Halten des Substrats 14 ist über
ein weiteres Isolierelement 10 an der Grundplatte 5 befes
tigt. Das Substrat 14 wird, was jedoch in der Figur nicht
dargestellt ist, durch einen Transportroboter, der in der
Transportkammer 7 untergebracht ist, zum Substrathalter 11
geliefert. An der Seitenwand 2 sind Gaseinlassdüsen 12a und
12b vorhanden, die jedoch auch an der oberen Platte 1 vor
handen sein können. Ferner kann eine dieser Gaseinlassdüsen
12a und 12b weggelassen werden.
In der Seitenwand 2 sind Mikrowellen-Einlassteile 15a, 15b,
15c und 15d vorhanden, an die jeweilige Wellenleiter 21a,
21b, 21c bzw. 21d angeschlossen sind. Fig. 1 zeigt eine
Schnittansicht der Bearbeitungskammer 100 einschließlich der
Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c.
Gemäß Fig. 1 sind mit den Wellenleitern 21a, 21b, 21c und
21d Schraubabstimmeinrichtungen 301a, 301b, 301c bzw. 301d
sowie Richtungskoppler 302a, 302b, 302c bzw. 302d verbunden.
Im Inneren der Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c sind di
elektrische Körper 16a und 16c vorhanden, wie auch im Inne
ren der Mikrowellen-Einlassteile 15b und 15d nicht darge
stellte dielektrische Körper vorhanden sind. In den An
schlussteilen zwischen den Mikrowellen-Einlassteilen 15a,
15b, 15c und 15d und den Wellenleitern 21a, 21b, 21c und 21d
sind dielektrische Körper 201a, 201b, 201c bzw. 201d zur Va
kuumabdichtung vorhanden. Die genannten dielektrischen Kör
per 16a, 16b, 16c und 16d sowie 201a, 201b, 201c und 201d
können einstückig ausgebildet sein.
Andererseits sind am Umfang der Seitenwand 2 und der oberen
Platte 1 Permanentmagnete 17a bzw. 17b vorhanden, durch die
ein gezahntes Magnetfeld zum Eingrenzen des Plasmas erzeugt
wird. Am Außenumfang des Permanentmagnets 17a ist ein ferro
magnetischer Körper (ein Joch) 18 vorhanden. Insbesondere
weisen die Permanentmagnete 17a' und 17b', die im oberen
Teil und unteren Teil der Mikrowellen-Einlassteile 15a und
15c liegen, dieselbe Polarität auf, und auf der Vakuumseite
der dielektrischen Körper 16a und 16c wird ein Magnetfeld
erzeugt, das stärker ist, als es der Magnetfeldstärke für
ECR entspricht. Die dielektrischen Körper 16a und 16c sind
so ausgebildet, dass sie den Bereich der Magnetfeldstärke
für ECR überlappen, wie in den oben genannten zugehörigen
Wellenleitern 21a und 21c erzeugt. Der Bereich mit einer
Feldstärke für ECR ist durch die Frequenz der einfallenden
Mikrowelle bestimmt, und wenn z. B. diese Frequenz 2,45 GHz
beträgt, hat das Magnetfeld für ECR eine Stärke von 875×10-4
T (875 Gauss). Ferner sind mit der oberen Platte 1, der
Seitenwand 2 und dem Substrathalter 11 Hochfrequenz-Span
nungsquellen 19a, 19b bzw. 19c verbunden, und es ist eine
Phaseneinstelleinrichtung 20 zum Überwachen und Einstellen
der jeweiligen Phasen derselben vorhanden.
Fig. 4 zeigt die Bearbeitungskammer 100 aus einem Quer
schnitt des Mikrowellen-Wellenleiters 21d gesehen. Jedoch
sind in Fig. 4 die Transportkammer 7 und das Schleusenventil
6 weggelassen.
Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Mikrowellenschaltung. Gemäß
dieser Figur ist ein Mikrowellensender 24 mit einer Mikro
wellen-Spannungsquelle 400 verbunden, und die vom Mikrowel
lensender 24 einfallende Mikrowelle wird durch einen T-Ver
zweigungsstück-Wellenleiter 27a über einen Isolator 25 und
den Richtungskoppler 26 in zwei Zweige verzweigt. Die jewei
lige abgezweigte Mikrowelle wird erneut durch T-Verzwei
gungsstück-Wellenleiter 27b und 27c in zwei Zweige ver
zweigt, wodurch sich vier Anschlusswellenleiter 21a, 21b,
21c und 21d mit den Mikrowellen-Einlassteilen 15a, 15b, 15c
bzw. 15d der Bearbeitungskammer 100 verbunden sind.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bearbeitungs
kammer 100, wobei jedoch zum Vereinfachen der Darstellung
des Aufbaus die Transportkammer 7 und das Schleusenventil 6
weggelassen sind. Ferner ist ein Beispiel für Schraubab
stimmeinrichtungen 301a, 301b, 301c und 301d eine von Hand
abstimmbare Abstimmeinrichtung mit drei Abstimmschrauben
vorhanden. Gemäß dieser Figur sind die Wellenleiter 21a,
21b, 21c und 21d, die mit den Mikrowellen-Einlassteilen 15a,
15b, 15c bzw. 15d verbunden sind, über einen Weg in die ver
tikale Richtung umgebogen, der innerhalb des Vierfachen der
Wellenlänge des Wellenleiters und des Zehnfachen der Wellen
länge des Wellenleiters liegt, und als Abstimmeinrichtung
sind z. B. jeweils Schraubabstimmeinrichtungen 301a, 301b,
301c und 301d, die eine elektromotorische Steuerung ermögli
chen, und Richtungskoppler 302a, 302b, 302c und 302d ange
schlossen.
Ferner ist eine Schraubabstimmeinrichtung-Steuerungseinrich
tung 426 vorhanden, um die oben genannten Schraubabstimmein
richtungen 301a, 301b, 301c und 301d dadurch zu steuern,
dass die Leistung der einfallenden Welle, die Leistung der
reflektierten Welle, der Reflexionskoeffizient und die Phase
erfasst werden, wie von den Richtungskopplern 302a, 302b,
302c und 302d eingegeben.
Nachdem die vom Sender einfallende Mikrowelle den Isolator
25 durchlaufen hat, durchläuft sie den T-Verzweigungsstück-
Wellenleiter zwei Mal und wird in Wellenleitern 27b und 27c
für vier Anschlussstellen eingeleitet, an denen die genann
ten Schraubabstimmeinrichtungen und Richtungskoppler vorhan
den sind. Demgemäß ist es möglich, die Zustände einer ste
henden Welle im Wellenleiter zu erfassen und zu steuern. Die
T-Verzweigungsstück-Wellenleiter 27b und 27c sind jeweils
mit der Bearbeitungskammer 100 verbunden, und die oben ge
nannte Mikrowelle wird von vier Abschnitten in Umfangsrich
tung der Bearbeitungskammer 100 in dieselbe eingeleitet.
Wenn dies der Fall ist, werden im ECR-Bereich in der Nähe
des Mikrowelleneinlassteils hochenergetische Elektronen er
zeugt, und ferner wird durch Stöße derselben mit Molekülen
und Atomen ein Plasma erzeugt.
Die Permanentmagnete 17a und 17b am Außenumfang der Bearbei
tungskammer 100 weisen der Reihe nach variierende Polarität
auf, wodurch im Inneren der Bearbeitungskammer 100 das ge
zahnte Magnetfeld erzeugt wird. Die Permanentmagnete 17a und
17b bestehen aus Samarium und Kobalt usw., und sie verfügen
über große Restmagnetflussdichte (ungefähr 1,1 T (11000
Gauss)). Das so erzeugte gezahnte Magnetfeld verfügt in der
Nähe der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 über eine
Stärke von mehr als einigen 100 Gauss (1 Gauss = 10-4 T),
jedoch fällt die Stärke des gezahnten Magnetfelds bei Beab
standung von der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 abrupt
und wird im mittleren Teil derselben null (0).
D. h., da das Plasma auf den Bereich des sehr schwachen Mag
netfelds von weniger als einigen 10 Gauss eingegrenzt ist,
ist es möglich, ein Plasma mit gleichmäßigem Profil zu er
zeugen. Ferner ist es möglich, ein Plasma mit hoher Dichte
und hoher Homogenität über eine große Fläche zu erzeugen, da
die Mikrowellenabsorption im ECR-Bereich mit sehr hohem Wir
kungsgrad (mehr als 80%) ausgeführt wird und auch die Elek
tronen hoher Energie und das Plasma, wie sie im ECR-Bereich
in der Nähe der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 erzeugt
werden, leicht in den mittleren Teil des Gefäßes diffundie
ren können.
Die obige Beschreibung wird auf Basis experimenteller Daten
konkreter erläutert. Als erstes wird in diese Plasmabearbei
tungsvorrichtung Argongas (Ar) mit einem Druck von 0,2 Pa
eingeleitet, durch die Wellenleiteranordnung mit vier An
schlussstellen werden Mikrowellen zugeführt, und es wird ein
Plasma erzeugt. Das Messergebnis zur Elektronendichte im er
zeugten Plasma ist in Fig. 7 dargestellt, aus der erkennbar
ist, dass in der Höhenposition des Einlassteils für Mikro
wellen ein Plasma mit hoher Dichte mit einer Elektronendich
te von über 1×1011 erzeugt werden kann. Ferner kann in ei
ner Höhe von 22 mm auf dem Substrat 14 ein Plasma mit einer
Homogenität von weniger als ±5%, das sich ausgehend vom
Zentrum der Bearbeitungskammer 100 bis zu ±100 mm erstreckt,
erzeugt werden.
Um tatsächlich zu zeigen, dass die Funktion einer Plasmabe
arbeitungsvorrichtung durch die Erfindung verbessert ist,
erfolgt eine Anwendung auf die Herstellung eines Silizium
oxid(SiO2)-Films. Auf dem Substrathalter 11 wird ein Sili
zium(Si)substrat mit einem Durchmesser von 8 Zoll (1 Zoll =
2,54 mm) von der Transportkammer 7 her transportiert. Als
nächstes werden Ar, Sauerstoffgas (O2) und Monosilangas aus
den Düsen 12a und 12b in die Bearbeitungskammer 100 einge
lassen, und aus den vier Wellenleitern werden auch Mikrowel
len eingeleitet. Die im ECR-Bereich erzeugten Elektronen
hoher Energie stoßen mit Gasatomen und -molekülen zusammen
und ionisieren diese, wodurch ein Plasma hoher Dichte und
hoher Homogenität erzeugt wird. Ein Teil der Gasmoleküle
wird durch den Kollisionseffekt im Plasma zu Radikalen. Das
Monosilanradikal kombiniert mit Sauerstoff, wodurch auf dem
Substrat ein SiO2-Film entsteht. Die Verteilung des so her
gestellten SiO2-Films ist in Fig. 8 dargestellt.
Die Bezugszeichen u1, u2, u3 und u4 in Fig. 8 kennzeichnen
die Einfallsrichtungen von Mikrowellen. Ferner geben 310W,
300W jeweils die Mikrowellenleistung an, wie sie im Plasma
über den Wellenleiter absorbiert wird. Wie es aus Fig. 8 er
kennbar ist, kann durch Verwenden des Systems mit vier Wel
lenleitern auf dem Siliziumsubstrat 14 mit hoher Filmbil
dungsgeschwindigkeit von 500 nm/Min. ein sehr homogener
SiO2-Film mit ±1,6% (1 σ) Homogenität erzeugt werden. Bei
diesem Versuchsbeispiel beträgt der Durchmesser des Sub
strats 14 8 Zoll, wenn jedoch die Bearbeitungskammer 100
noch weiter vergrößert ist, ist es leicht möglich, die Bear
beitung eines noch größeren Substrats 14 auszuführen.
Zum Vergleich ist in den Fig. 9A und 10A ein Fall veran
schaulicht, bei dem zum Herstellen des oben genannten SiO2-Films
ein System mit zwei Wellenleitern verwendet wurde, und
in den Fig. 9B und 10B ist ein Fall dargestellt, in dem
hierfür ein Wellenleitersystem ohne T-Verzweigungsstück ver
wendet wurde. Fig. 9A zeigt den Aufbau mit den zwei Wellen
leitern, und Fig. 10A zeigt die Verteilung der Filmdicke.
Wie es aus Fig. 10A erkennbar ist, ist die Filmbildungsge
schwindigkeit in einer geraden Linie, die die einander ge
genüberstehend angeordneten Wellenleiter verbindet, groß,
jedoch ist die Filmbildungsgeschwindigkeit rechtwinklig
hierzu gering. Im Ergebnis entspricht die Filmdickenhomoge
nität 1,6% (1 σ). Ferner wird mit dem System mit einem Wel
lenleiter ohne Verzweigungsstück, wie es in Fig. 9B darge
stellt ist, auf dem Substrat 14 nur ein dicker Filmabschnitt
erhalten, der der Einfallsposition der Mikrowelle ent
spricht, wie es in Fig. 10B dargestellt ist. Im Ergebnis
entspricht die Homogenität 20% (1 σ).
Gemäß den Fig. 8 bis 10 wird an die obere Platte 1 und den
Substrathalter 11 keine Hochfrequenzspannung angelegt, je
doch wird eine solche an den Substrathalter 11 angelegt,
wenn ein Ätzen des Substrats 14 erforderlich ist. In diesem
Fall kann, völlig ähnlich wie im obigen Fall, eine Vertei
lung der Filmdicke mit guter Homogenität dann erhalten wer
den, wenn die vier Wellenleiter verwendet werden, im Ver
gleich mit einem System ohne T- oder nur einem T-Verzwei
gungsstück.
Wie oben angegeben, kann durch Verwenden eines Systems mit
vier Wellenleitern eine Filmdickenverteilung extremer Homo
genität erhalten werden.
Als nächstes wird eine Steuerungsfunktion für die vier Wel
lenleiter erläutert. In Fig. 11 sind von den jeweiligen Wel
lenleitern her einfallende Wellen mit Bezugszahlen 511f bis
517f gekennzeichnet, und reflektierte Wellen sind mit Be
zugszahlen 511r bis 517r gekennzeichnet. Wie es aus Fig. 11
erkennbar ist, fällt beim System mit vier Wellenleitern
dann, wenn ein Teil der Mikrowelle, die von einem beliebigen
Wellenleiter in die Bearbeitungskammer 100 fällt, reflek
tiert wird, diese reflektierte Welle als einfallende Welle
von einem anderen Wellenleiter über einen T-Verzweigungs
stück-Wellenleiter in das Plasma ein. Im Ergebnis ist es
dann, wenn lediglich ein Verzweigungsstück-Wellenleiter mit
der Bearbeitungskammer 100 verbunden ist, schwierig, die vom
Plasma vom jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowellen
leistung einzustellen.
Als Maßnahme zum Überwinden dieses Problems sind bei diesem
Ausführungsbeispiel mit den vier Wellenleitern die jeweili
gen Richtungskoppler 302a, 302b, 302c bzw. 302d verbunden,
damit diese die Leistung der einfallenden Mikrowelle im Wel
lenleiter, die Leistung der reflektierten Welle im Wellen
leiter, den Reflexionskoeffizienten, die Phase und das Pro
fil einer stehenden Welle erfassen. Außerdem ist für mindes
tens drei der vier Wellenleiter jeweils eine Abstimmeinrich
tung vorhanden, für die z. B. eine Schraubabstimmeinrichtung
verwendet wird. Durch diesen Aufbau ist es auf Grundlage des
Signals vom Richtungskoppler durch Variieren des Einschraub
wegs der Abstimmschrauben der Schraubabstimmeinrichtung in
den Wellenleiter möglich, die Mikrowellenenergie einzustel
len, wie sie vom jeweiligen Wellenleiter her im Plasma ab
sorbiert wird. Wenn z. B. die vom Sender her einfallende
Leistung 1,5 kW beträgt, kann dafür gesorgt werden, dass die
vom Plasma vom jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowel
lenenergie 300 W bis 310 W beträgt. D. h., dass bei einem
Wirkungsgrad von mehr als 80% die vom Plasma vom jeweiligen
Wellenleiter her absorbierte Mikrowellenleistung im wesent
lichen gleichmäßig gemacht werden kann. Wenn mehr als 80%
der vom Sender her einfallenden Leistung im Plasma absor
biert werden kann, ist dies für den praktischen Gebrauch
vollständig ausreichend. Ferner kann bei diesem Aufbau dann,
wenn die einfallende Leistung vom Sender her 1,5 kW beträgt,
die Differenz zwischen der Leistung der einfallenden Welle
und der Leistung der reflektierten Wellen in einem bestimm
ten Wellenleiter zu 450 W gemacht werden, und sie kann in
anderen Wellenleitern zu 250 W bis 260 W gemacht werden, wo
durch die im jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowel
lenleistung eingestellt werden kann.
Demgemäß kann die Steuerungsfunktion dieser vier Wellenlei
ter im praktischen Gebrauch vollständig an die Anwendungsbe
dingungen bei der Massenherstellung eines Halbleiterbauteils
usw. angepasst werden. Ferner kann der Richtungskoppler weg
gelassen werden, um den Endabschnitt des Wellenleiters zu
bilden (z. B. sind im Fall von vier Wellenleitern vier Wel
lenleiterabschnitte mit der Bearbeitungskammer verbunden).
Z. B. sind, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, Richtungs
koppler an drei Teilen unter den vier Wellenleitern vorhan
den, und ferner kann ein Richtungskoppler 302e am Wellenlei
terabschnitt vor dem T-Verzweigungsstück auf der stromabwär
tigen Seite des Wellenleiters vorhanden sein, an dem kein
Richtungskoppler vorhanden ist. Ferner können, wie es in
Fig. 1 dargestellt ist, die Schraubabstimmeinrichtung und
der Richtungskoppler im Verlauf zwischen der Bearbeitungs
kammer und einem Wellenleiter-Eckabschnitt vorhanden sein.
Ferner verläuft der Wellenleiter im Wesentlichen parallel in
Bezug auf ein Substrat, jedoch muss dies nicht notwendiger
weise der Fall sein. Außerdem ist es zum Erzielen guter Ho
mogenität erforderlich, die Winkel zwischen einem jeweiligen
Wellenleiter der vier Wellenleiter, wie sie mit der Bearbei
tungskammer verbunden sind, innerhalb von 90° ±30° zu hal
ten. Der Wellenleiter ist ein im Wesentlichen symmetrisches
System hinsichtlich der Transportrichtung des Substrats, und
auch der Weg, über den eine Mikrowelle vom Sender die Bear
beitungskammer erreicht, stimmt im Wesentlichen für alle
Wellenleiter überein, was jedoch nicht notwendigerweise der
Fall sein muss. Wenn dagegen die Differenz zwischen den We
gen, die die Mikrowellen vom jeweiligen Sender zum Erreichen
der Bearbeitungskammer durch den verzweigten Wellenleiter
benötigen, kleiner als die Führungswellenlänge der Mikrowel
len ist, kann für die Mikrowellen gute Steuerungsfunktion
erzielt werden.
Übrigens kann dieses Filmbildungsergebnis erhalten werden,
ohne dass ein System mit vier Wellenleitern verwendet wird,
die über Verzweigungen angeschlossen sind, sondern vier ge
sonderte Wellenleiter mit einer Abstimmeinrichtung, einem
Richtungskoppler, einem Isolator und einem Sender können
angeschlossen werden. Insbesondere kann dann, wenn vier ge
sonderte Wellenleiter ohne T-Verzweigungsstück verwendet
werden, die Wechselwirkung zwischen den Wellenleitern, wie
sie an einem solchen Verzweigungsstück auftritt, vermieden
werden, da die Mikrowellenenergie vom Sender leicht im Plas
ma absorbiert werden kann, so dass eine Plasmaverarbeitungs
vorrichtung mit noch höherem Wirkungsgrad aufgebaut werden
kann.
Das bisherige Ausführungsbeispiel wurde für vier Wellenlei
ter erläutert, jedoch kann homogene Filmbildung auch bei
mehr als vier Wellenleitern erzielt werden. Wenn die Anzahl
der mit der Bearbeitungskammer verbundenen Wellenleiter den
Wert N hat, ist es erwünscht, zumindest N-1 Wellenleiter mit
Abstimmeinrichtungen zu versehen.
Ferner ist es nach einer Substratbearbeitung erforderlich,
einen Reinigungsprozess auszuführen, da Filme und Fremdstof
fe an der Innenwandfläche der Bearbeitungskammer anhaften,
die entfernt werden müssen. Beim oben genannten Stand der
Technik werden Gase wie NF3, C2F6, CCl4 usw. in die Bearbei
tungskammer eingeleitet, und an den Substrathalter wird eine
Hochfrequenzspannung angelegt. Diese Spannung wird auch an
die obere Platte und die Innenwand der Bearbeitungskammer
angelegt, wobei ihre Phase variiert werden kann, wodurch es
möglich ist, einen Ätzvorgang mit hohem Wirkungsgrad auszu
führen, der sich über die gesamte Innenwand der Bearbei
tungskammer erstreckt, wodurch es im Ergebnis möglich ist,
einen Reinigungsvorgang mit hoher Geschwindigkeit auszufüh
ren.
Fig. 13 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dieses stimmt im Wesentlichen mit dem ersten überein, unter
scheidet sich jedoch dahingehend, dass am Außenumfang der
Wellenleiter 21a, 21b, 21c und 21d ein Permanentmagnet 410
vorhanden ist. Mit diesem Magnetaufbau kann dieselbe Funk
tion erzielt werden.
Fig. 14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die
Erfindung angewandt ist. Dieses dritte Ausführungsbeispiel
stimmt im Wesentlichen mit dem ersten überein, unterscheidet
sich jedoch durch einen Aufbau, gemäß dem Wicklungen 210a
und 210c um die Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c herum
vorhanden sind, die mittels Wicklungs-Spannungsversorgungen
220a bzw. 220c mit Strom versorgt werden, wodurch der
ECR-Magnetfeldbereich erzeugt wird. Ferner sind am Außenumfang
der Wicklungen 210a und 210c ferromagnetische Körper 211a
bzw. 211c angebracht.
Bei diesem Aufbau weist die Plasmabearbeitungsvorrichtung
dasselbe Funktionsvermögen auf, wie es oben beschrieben ist.
Insbesondere dann, wenn das Einlassteil rechteckig ausgebil
det ist und die kürzere Seite 5 mm-20 mm lang ist, kann
eine Wicklung kompakter Größe erzeugt werden, da der zum Er
zeugen des ECR-Magnetfelds erforderliche Wicklungsstrom
klein gemacht werden kann, wobei keine Gefahr einer Isolie
rungszerstörung durch das elektrische Feld der Mikrowellen
besteht. Ferner kann in den Mikrowellen-Einlassteilen 15a
und 15c ein Magnetisierungskörper mit Durchlässigkeit für
Mikrowellen, wie ein Ferrit, vorhanden sein. Ferner kann die
Wicklungsstromstärke durch die Wicklungs-Spannungsversorgun
gen 220a und 220c gesteuert werden, und es kann die im Plas
ma absorbierte Mikrowellenenergie von einem jeweiligen Wel
lenleiter her gesteuert werden. Ferner kann eine Plasmabear
beitungsvorrichtung mit noch besserer Steuerungsfunktion
aufgebaut werden, wenn eine Wicklungsstromsteuerung 230 vor
handen ist, um diesen Wicklungsstromwert mit der Einstellung
der Abstimmeinrichtung zu synchronisieren und zu steuern.
Ferner sind, was in Fig. 14 nicht dargestellt ist, zwei wei
tere Mikrowellen-Einlassteile 15b und 15d vorhanden. Fig. 15
zeigt eine Seitenansicht der Bearbeitungskammer vom Mikro
wellen-Einlassteil 15d her.
Fig. 16 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die
Erfindung angewandt ist. Bei diesem vierten Ausführungsbei
spiel ist eine Bearbeitungskammer 604 mit einem Temperatur
geregelten dielektrischen Körper zum Aufrechterhalten eines
Vakuumzustands in einem Metallgefäß 601 vorhanden, und am
Außenumfang der Bearbeitungskammer 604 ist ein Permanentmag
net 602 mit Einzelmagneten mit jeweils umgekehrter Polarität
angeordnet. Dadurch wird im Inneren der Bearbeitungskammer
604 ein gezahntes Magnetfeld ausgebildet. Mikrowellen werden
durch Wellenleiter 603a und 603c sowie 603b und 603d in die
Bearbeitungskammer 604 eingeleitet, wobei jedoch die letzte
ren beiden in Fig. 16 nicht dargestellt sind. Ferner ist
dort eine Einrichtung zur Temperaturregelung nicht darge
stellt. Die Polaritätseigenschaften des benachbart an den
Wellenleiter angeordneten Permanentmagnets 602 sind gleich,
und in der Bearbeitungskammer 604 ist ein ECR-Magnetfeld
ausgebildet.
Für Ätz- und CVD-Vorrichtungen ist es zum Abbauen von an der
Wandfläche anhaftenden Fremdstoffen bekannt, die Wandtempe
ratur auf einige 100°C zu erhöhen. In diesem Fall kann die
Plasmabearbeitungsvorrichtung des aktuellen Ausführungsbei
spiels eine ähnliche Funktion wie die des ersten Ausfüh
rungsbeispiels zeigen.
Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel kann, ähnlich wie in
Fig. 13 ein Permanentmagnet derselben Polarität um die Wel
lenleiter 603a, 603b, 603c und 603d herum vorhanden sein.
Ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel können Wicklun
gen am Anschlussteil der Bearbeitungskammer 604 und um die
Wellenleiter 603a, 603b, 603c und 603d herum vorhanden sein,
durch die ein Strom geschickt wird. Ferner kann um die ge
nannten Wicklungen herum jeweils ein ferromagnetischer Kör
per vorhanden sein.
Vorstehend sind Beispiele für die Bearbeitung kreisförmiger
Substrate beschrieben, jedoch kann auch eine rechteckige
Form der Bearbeitungskammer bei gleicher Anordnung der Wel
lenleiter verwendet werden, wodurch es möglich ist, eine
gleichmäßige Bearbeitung eines großen rechteckigen Substrats
vorzunehmen, wie es bei der Herstellung von LCDs verwendet
wird. Insbesondere kann beim Einleiten von Mikrowellen aus
den vier Ecken ein beachtlicher Effekt hinsichtlich gleich
mäßiger Bearbeitung erzielt werden.
Durch die oben beschriebenen Konstruktionen, wie sie verall
gemeinert in den beigefügten Ansprüchen 1 und 2 dargelegt
sind, können Elektronen hoher Energie, wie sie in der Nähe
der Wand der Bearbeitungskammer erzeugt werden, leicht in
deren mittleren Teil diffundieren, wodurch in der gesamten
Bearbeitungskammer ein Plasma erzeugt werden kann. Da ein
durch Permanentmagnete erzeugtes gezahntes Magnetfeld ver
wendet wird, ist die Magnetfeldstärke im Plasmaeingrenzungs
bereich sehr klein, wodurch es möglich ist, ein homogenes
Plasma zu erzeugen.
Wenn mehr als vier Wellenleiter an die Bearbeitungskammer
angeschlossen sind, ist es möglich, ein gleichmäßiges Plasma
zu erzeugen, wie es zur homogenen Bearbeitung eines großflä
chigen Substrats erforderlich ist, wobei das Plasma selbst
großflächig ausgebildet ist, mit hoher Homogenität und hoher
Dichte. Aufgrund dieser Eigenschaften kann auch eine kompak
te Plasmabearbeitungsvorrichtung erhalten werden. Da diese
Vorrichtung z. B. für Plasma-CVD und Ätzen verwendet werden
kann, ist sie mit hohem Funktionsvermögen realisierbar.
Claims (12)
1. Plasmabearbeitungsvorrichtung mit
- - einer Bearbeitungskammer (100), in deren Innerem eine durch Plasmabearbeitung zu bearbeitende Substanz gehalten werden kann;
- - einer Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (17a, 17b; 602) zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Bearbeitungskammer und
- - einer Wellenleitereinrichtung (21a, 21b, 21c, 21d) zum Einleiten von Mikrowellen in die Bearbeitungskammer;
- - wobei durch die Mikrowellen und das Magnetfeld ein Plasma
erzeugt wird;
dadurch gekennzeichnet, dass - - eine Sendereinrichtung (24) zum Aussenden der Mikrowellen vorhanden ist; und
- - die Wellenleitereinrichtung mehrere Wellenleiter aufweist, die mit der Bearbeitungskammer verbunden sind, um Mikrowel len von der Sendereinrichtung in sie einzuleiten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung folgendes auf
weist:
- - eine erste Permanentmagneteinrichtung (17a), die am Außen umfang eines jeweiligen Wellenleiters vorhanden ist und zu mindest in einem Teil desselben und der Bearbeitungskammer (100) ein Magnetfeld mit ECR-Feldstärke in Form eines ge zahnten Magnetfelds erzeugt, dessen Richtung entlang der Senderichtung der Mikrowellen im Wellenleiter alterniert; und
- - mehrere zweite Permanentmagnete (17b), die mit alternie render Polarität um die Bearbeitungskammer herum angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung Folgendes auf
weist:
- - eine Wicklung (210), die am Außenumfang eines jeden Wel lenleiters (21) herum vorhanden ist, um durch Hindurchleiten eines Stroms in der Bearbeitungskammer (100) ein Magnetfeld mit einer Stärke über der ECR-Feldstärke hinsichtlich der Mikrowellenfrequenz zu erzeugen; und
- - mehrere Permanentmagnete (17b) mit alternierender Polari tät um die Bearbeitungskammer herum, um ein gezahntes Mag netfeld zu erzeugen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass
- - die Bearbeitungskammer (100) aus einem dielektrischen Kör per besteht, in dem ein Vakuumzustand aufrechterhalten wird; - eine Halteeinrichtung (11) zum Halten der zu bearbeitenden Substanz (14) vorhanden ist;
- - ein Metallgefäß vorhanden ist, das die Bearbeitungskammer umgibt; und
- - die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (17a, 17b) ein Mag netfeld mit einer Stärke über der ECR-Feldstärke hinsicht lich der Mikrowelle erzeugt und sie eine am Außenumfang der Bearbeitungskammer angeordnete Permanentmagneteinrichtung (17b) mit alternierender Polarität zum Erzeugen eines ge zahnten Magnetfelds aufweist;
- - wobei das Magnetfeld in der Nähe eines Anschlussteils zwi schen dem Wellenleiter und der Bearbeitungskammer eine Stär ke über der ECR-Magnetfeldstärke aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass sie N Wellenleiter aufweist und an mindestens N-1 Wel
lenleitern eine Abstimmeinrichtung (301a, 301b, 301c, 301d)
vorhanden ist, um jeweils das Profil einer stehenden Welle
im jeweiligen Inneren des Wellenleiters zu steuern.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass sie vier Wellenleiter (21a, 21b,
21c, 21d) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen von der Sender
einrichtung (24) über eine Verzweigungsstück-Wellenleiter
einrichtung (27a, 27b, 27c) in die Wellenleiter eingeleitet
werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung Folgendes
aufweist:
- - eine erste T-Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung (27a) zum Verzweigen in zwei Mikrowellen ausgehend von der Sendereinrichtung (24) und
- - eine zweite T-Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung (27b, 27c) zum Verzweigen der zwei verzweigten Mikrowellen in jeweils zwei weitere verzweigte Mikrowellen, wodurch ins gesamt vier verzweigte Mikrowellen erzeugt sind;
- - wobei vier Wellenleiter zum Einleiten der vier verzweigten Mikrowellen (21a, 21b, 21c, 21d) mit der Bearbeitungskammer (100) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekenn
zeichnet durch
- - eine Erfassungseinrichtung (302a, 302b, 302c, 302d) zum Erfassen entweder des Profils einer stehenden Mikrowelle im Wellenleiter und/oder der Leistung einer laufenden Mikrowel le und der Leistung einer reflektierten Mikrowelle im Wel lenleiter; und
- - eine Steuerungseinrichtung (426) zum Steuern der Abstimm einrichtung (301a, 301b, 301c, 301d) in solcher Weise, dass im durch die Erfassungseinrichtung überwachten Wellenleiter kein Profil einer stehenden Welle auftritt und/oder in ihm keine übermäßige Leistung einer zugeführten oder reflektier ten Mikrowelle auftritt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass
- - die Abstimmeinrichtung (301a, 301b, 301c, 301d) eine Ab stimmschraube ist und
- - die Steuerungseinrichtung (426) die Abstimmschraube steu ert.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (21a, 21b, 21c,
21d) an eine Seitenwand der Bearbeitungskammer (100) so an
geschlossen sind, dass sie die Mikrowellen im Wesentlichen
parallel zur Fläche der zu bearbeitenden Substanz (14) ein
leiten.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Ende jedes Wellenleiters mit einem
jeweiligen Sender verbunden ist, der Mikrowellen sendet, und
das zugehörige andere Ende jedes Wellenleiters mit der Bear
beitungskammer (100) verbunden ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01J 37/32 |
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