DE3882404T2

DE3882404T2 - Gerät zur Bearbeitung von Substraten.

Info

Publication number: DE3882404T2
Application number: DE19883882404
Authority: DE
Inventors: Tohru Den; Kazuaki Ohmi; Masao Sugata; Hisanori Tsuda; Kohjiro Yokono
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2008-03-26
Also published as: DE3882404D1; EP0284436A3; EP0284436A2; CA1336180C; EP0284436B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Behandeln von Substraten unter Verwendung von Plasma.
Verfahren, bei denen Filmbildung oder Ätzen unter Ausnutzung einer Gasreaktion erfolgen, sind bekannt, einschließlich der Ausnutzung von Wärmeenergie, wie beim thermischen CVD-Verfahren, der Ausnutzung von Lichtenergie, die von einem Gas absorbiert worden ist und dazu verwendet wird, eine Zersetzungsreaktion zu bewirken, wie beim optischen CVD-Verfahren, der Zersetzung eines Gases durch Plasma, wie beim Plasma-CVD- Verfahren oder beim Plasma-Ätzen, und der Ausnutzung der kinetischen Energie von Ionen, wie beim Hochfrequenz- Sputtern oder beim Ionenstrahl-Sputtern.
Ein Gerät zur Plasmaerzeugung mit Hilfe von Mikrowellen in Gegenwart eines Magnetfeldes ist in der älteren EP-A-279 895 (US-A-4,939,424) offenbart. Das Plasma dient dazu-, ein in einer Kammer mit Metallwänden sitzendes Substrat zu beschichten. Die Mikrowellen werden wiederholt an den Metallwänden reflektiert, so daß die Kammer zahlreiche Mikrowellen-Moden besitzt. In der Nähe des Substrates angeordnete Permanentmagnete erzeugen eine Elektronenzyklotronresonanz, die eine örtlich gesteuerte Zündung des Plasmas erlaubt.
Bei vielen herkömmlichen Verfahren war es jedoch unmöglich, die Filmbilung oder das Ätzen nur auf bin Objekt oder einen gewünschten Bereich eines Objekts zu beschränken, und es kam häufig vor, daß die Reaktion innerhalb eines großen Bereichs der ganzen Reaktionskammer stattfindet, was das Steuern der Reaktion schwierig macht.
Aus diesem Grund sind mit den herkömmlichen Verfahren Nachteile verbunden, nämlich, daß
1) sich nicht ohne weiteres ein Muster bilden läßt;
2) auf Grund von an der Innenwand der Reaktionskammer auftretendem Ätzen oder Zerstäuben die Innenwand beschädigt wird, oder andernfalls eine aus der Innenwand einer Reaktionskammer freigewordene Verunreinigung den auf einem Objekt gebildeten Film kontaminiert;
3) aus elektrischer Entladung gewonnene Energie oder ein als Ausgangsmaterial dienendes Gas sich nicht effektiv nutzen lassen;
4) die Innenwand einer Reaktionskammer verschmutzt wird, was winzige, durch Staub oder ähnliches verursachte Defekte auf dem auf einem Objekt gebildeten Film mit sich bringt; etc.
Als Reaktionsgeräte, die die Elektronenzyklotronresonanz von Mikrowellen oder verwandte Techniken verwenden, sind unter anderem folgende bekannt:
(1) Der allgemeinste Typ eines Reaktionsgerätes, bei dem ein Magnetfeld zum Herbeiführen von Elektronenzyklotronresonanz in der Nähe eines Abschnitts zum Einbringen von Mikrowellen gebildet wird und bewirkt wird, daß dort eine elektrische Entladung stattfindet (Japanische Offenlegungsschriften Nr. 155 535/1981 und Nr. 125 820/1983).
(2) Ein außergewöhnlicher Typ eines Reaktionsgerätes, bei dem ein elektrisches Feld, das die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz erfüllt, an Mikrowellen angelegt wird, die sich koaxial ausgebreitet haben, und bewirkt wird, daß dort eine elektrische Entladung stattfindet (J. Non-Cry. Sol., 77 & 78, 813, '85).
(3) Verwandte Techniken, bei denen sich Mikrowellen in einem Vakuumbehälter ausbreiten, um mit Hilfe eines an einer vorgeschriebenen Stelle befindlichen Permanentmagneten ein Elektronenzyklotronresonanzfeld zu erzeugen und bewirkt wird, daß dort elektrische Entladung stattfindet, wodurch die Innenfläche des Behälter an dieser Stelle gewaschen wird (aus der Zeitschrift "SHINKU (Vakuum)", Bd. 28, Nr. 5, 145, '85).
Jedoch ist bei dem vorstehend erwähnten Verfahren (1) in der Nähe des Abschnitts zum Einbringen von Mikrowellen ein Feld, in dem die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz erfüllt sind, vorhanden, was folgende Probleme mit sich bringt:
(a) Es kann zum Beispiel auf Grund des in der Nähe des Mikrowellen-Einbringabschnittes vorhandenen Plasmas während der Filmbildung zur Filmabscheidung auf dem Mikrowellen-Einbringabschnitt kommen, was das Einbringen von Mikrowellen instabil oder schwierig macht.
(b) Auf Grund des in der Nähe des Mikrowellen- Einbringabschnittes vorhandenen Plasmas erhöht sich die Temperatur bei dem Einbringabschnitt, was das Einbringen von Mikrowellen instabil macht oder dazu neigt, Probleme, wie die Beschädigung des Einbringabschnittes zu verursachen.
(c) Da in der Nähe des Mikrowellen-Einbringabschnittes ein Plasma hoher Dichte erzeugt wird, können die Mikrowellen möglicherweise abgefangen werden,wodurch es unmöglich wird, in der Nähe von Substraten ein Plasma von hoher Dichte zu erreichen, was zu einer Verzögerung der Substratbehandlung führt.
Mit dem vorstehend erwähnten Verfahren (2) sind neben den vorangehenden Problemen (a) und (b) auch die Probleme verbunden, daß, da Plasma von hoher Dichte und hoher Temperatur auf den Oberflächen der Substrate vorhanden ist, durch das Plasma Schaden an den Substraten verursacht werden kann, oder, wenn eine Vergrößerung der Substrate hinsichtlich ihrer Fläche gewünscht wird, die Vorrichtung zum Erzeugen von Magnetfeldern in ihrem Umfang vergrößert werden muß, was zu hohen Kosten führt.
Auch im Falle des herkömmlichen Verfahrens (3) besteht das Problem, daß durch das Plasma Schaden entsteht, wenn es bei der Substratbehandlung angewendet wird.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zur Behandlung von Substraten zu schaffen, das verhindern kann, daß die Reaktionsprodukte auf der Innenwand einer Reaktionskammer oder auf deren Mikrowellen-Einbringfenster abgeschieden werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zur Behandlung von Substraten zu schaffen, das verhindern kann, daß die Innenwand einer Reaktionskammer auf Grund von im Laufe der Filmbildung auf Substraten an der Innenwand vorkommendem Ätzen oder Zerstäuben beschädigt wird, und ebenfalls, daß die Filmqualität durch von der Innenwand kommende Verunreinigungen verschlechtert wird.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zur Behandlung von Substraten zu schaffen, das eine direkte Musterbildung auf Substraten ohne Verwendung komplizierter Prozesse, wie das Beschichten mit einer Abdeckung, vornehmen kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zur Behandlung von Substraten zu schaffen, bei dem das Einbringen von Mikrowellen stabil erfolgt, und das die Geschwindigkeit der Substratbehandlung steigern kann.
Die vorstehenden Aufgaben können durch die nachfolgend beschriebene Erfindung gelöst werden.
Einem ersten Aspekt der Erfindung gemäß wird ein Gerät zur Behandlung eines Substrates geschaffen, mit einer Kammer, die das Substrat umgibt und mit einem Abschnitt zum Einbringen von Mikrowellen versehen ist, einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, die zum Behandeln des Substrates in der Nähe des Substrates und in einem Raumbereich, der ausreichend klein im Vergleich zur Größe der Kammer ist, ein Plasma in der Kammer erzeugt, und einem Gitter, das sich zwischen der Plasmabildungszone und dem Substrat befindet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Plasma durch Ausnutzung von Elektronenzyklotronresonanz von Mikrowellen gebildet. Vorzugsweise ist die Plasmaerzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes.
Einem zweiten Aspekt der Erfindung gemäß wird ein Gerät zur Behandlung eines Substrates geschaffen, mit einer Kammer, die das Substrat umgibt und mit einem Abschnitt zum Einbringen von Mikrowellen versehen ist, einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, die in der Kammer ein Plasma zum Behandeln des für Mikrowellen durchlässigen und in der Nähe des Mikrowellen-Einbringabschnittes angeordneten Substrates mit dem Plasma erzeugt, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, in der Nähe des Substrates in einem Raumbereich, der im Vergleich zur Größe der Kammer ausreichend klein ist und auf der Seite der Substratoberfläche liegt, die der dem Mikrowellen-Einbringabschnitt zugekehrten Oberfläche entgegengesetzt ist, Plasma zu erzeugen.
Die Erfindung soll nun ausschließlich an Hand von Beispielen beschrieben werden, wobei die Figuren 1 bis 3 Ansichten sind, die Beispiele für die örtlich gesteuerte Zündung eines Plasmas zeigen;
Figur 4 eine Ansicht ist, die einen in dem Gerät nach Figur 3 verwendeten Magneten darstellt;
die Figuren 5 und 6 Ansichten sind, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen;
Figur 7 eine Ansicht ist, die ein weiteres Beispiel der Erfindung zeigt, und
Figur 8 eine Ansicht ist, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung von Plasma in einem winzigen Bereich beschreibt.
Die Erfindung ist in der Hauptsache durch das Erzeugen von Plasma in der Nähe eines Substrates und in einem Raumbereich, der ausreichend klein im Vergleich zur Größe der das Substrat umgebenden Kammer ist, charakterisiert.
Das Prinzip des vorliegenden Geräts zur Behandlung von Substraten besteht darin, daß es zur Entladung auf Grund von Elektronenzyklotronresonanz kommt, falls es insbesondere in einem Raum, in dem ein elektrisches Mikrowellenfeld mit einer Frequenz von 2,45 GHz vorhanden ist, einen Ort gibt, an dem ein magnetischer Fluß von 0,08 Vsm&supmin;² (875 Gauß) zumindest teilweise mit 2,45 GHz zusammentrifft.
Bei der Erfindung beinhalten Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas in winzigen Raumbereichen in der Nähe eines Substrates eine Methode, wie beispielsweise in 1 bis 8 von Fig. 8 gezeigt ist, mit der ein Magnetfeld gebildet wird, welches bewirkt, daß in einem winzigen Bereich in der Nähe des Substrates Elektronenzyklotronresonanz stattfindet.
In Fig. 8 kann mit der Methode 1 ein starkes Magnetfeld auf einen kleinen Bereich konzentriert werden und mit der Methode 2 ist es möglich, einen großen magnetischen Feldgradienten in Richtung der Achse einer Spule zu bilden, so daß die Plasmazone auf die Umgebung eines Substrates beschränkt werden kann. Die Methode 3 ermöglicht die Bildung eines starken lokalen Magnetfeldes mit weniger elektrischem Strom, und die Methode 4 benötigt mehr elektrischen Strom als die Methode 3, hat aber den Vorteil, daß ein großer magnetischer Feldgradient erzeugt wird, so daß das Plasma ohne weiteres auf einen kleineren Bereich begrenzt werden kann. Die Methode 5 kann unter Benutzung eines Magneten die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz herstellen. Die Methode 6 besteht in der Kombination von 2 und 5, wobei mit einer Spule ein Magnetfeld von weniger als 0,08 Vsm&supmin;² (875 Gauß) erzeugt wird und das Magnetfeld mittels eines Magneten weiter verstärkt wird. In diesem Falle kann die magnetische Stärke eines Permanentmagneten klein sein. Mit der Methode 7 kann unter Verwendung eines Permanentmagneten ein Plasmamuster in der Nähe eines Substrates gebildet werden, und die Methode 8 vereinfacht die leichte Begrenzung eines Plasmas auf einen kleinen Raumbereich und ermöglicht außerdem das Ausdehnen des Plasmas zu einem etwas von einem Substrat entfernten Ort.
Jede der Methoden 1 bis 8 nach Fig. 8 wird selektiv in Abhängigkeit von den jeweiligen Zielen und Anwendungen verwendet, aber in jedem Fall muß der Druck verringert werden, um das Auftreten von Plasmaerzeugung in dem Bereich zu verhindern, der die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz nicht erfüllt. Je niedriger der Druck, desto mehr fällt die Plasmazone mit der Magnetfeldzone von 0,08 Vsm&supmin;² (875 Gauß) zusammen.
Ein außerordentlich hoher Druck verkürzt die mittlere freie Weglänge, mit dem Ergebnis, daß im wesentlichen keine Elektronenzyklotronresonanz stattfindet. Ein geeigneter Druck liegt in einem Bereich, der sich von 1,33 bis 0,001 Pa (10&supmin;² bis 10&supmin;&sup5; Torr) erstreckt, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,01 Pa (10&supmin;&sup4; Torr).
Fig. 1 stellt das örtlich gesteuerte Zünden eines Plasmas dar. In der Figur bezeichnen die Bezugsnummer 1 einen Mikrowellen-Oszillator von 2,45 GHz, 2 einen Tuner, 3 einen Wellenleiter für Mikrowellen, 4 ein Mikrowellen- Durchlaßfenster aus Quartzglas und 5 eine mit einer Gasflasche verbundene Leitung zum Einbringen des als Ausgangsmaterial dienenden Gases. Die Bezugsnummer 7 bezeichnet einen Magneten zum Erzeugen eines lokalen Magnetfeldes. Es bezeichnen die Bezugsnummer 8 ein Glassubstrat, 9 einen Substrathalter, 10 ein Hauptventil und 11 eine mit einer Absaugpumpe verbundene Abpump- Rohrleitung. Die Bezugsnummer 12 bezeichnet einen Heizfaden, der dazu dient, das Substrat über Strahlung aufzuheizen.
Hier soll ein Fall beschrieben werden, in dem unter Verwendung dieses Gerätes ein amorpher Siliziumfilm in Form eines Punktes auf der Oberfläche des Substrates aus Quartzglas gebildet wird.
Zuerst wurde das Innere einer Vakuumkammer 13 unter Verwendung eines mit der Abpump-Rohrleitung 11 verbundenen Evakuierungssystems auf 133 x 10&supmin;&sup7; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) oder weniger evakuiert, und danach wurde der Heizfaden 12 stromführend gemacht und zur Rotglut gebracht, um die Oberfläche des Substrats 8 auf 250 ºC aufzuheizen. Als nächstes ließ man Si&sub2;H&sub6;, das mittels H&sub2; auf 10 % verdünnt wurde, mit einer Geschwindigkeit von 100 SCCM Gesamtströmungsgeschwindigkeit aus der Gas- Einbringleitung 5 in das Innere der Vakuumkammer 13 strömen. Der Druck in der Vakuumkammer 13 betrug zu dieser Zeit 7,3 x 0,13 Pa (7,3 x 10&supmin;³ Torr). Der Permanentmagnet 7 ist so beschaffen, daß ein Magnetfeld von ungefähr 10&supmin;¹ Vsm&supmin;² (1,000 Gauß) an der Spitze erzeugt werden kann, und wurde innerhalb des Substrathalters 9 an die Stelle gesetzt, die dem Substrat 8 am nächsten ist.
Als nächstes wurde der Mikrowellen-Oszillator 1 eingeschaltet, so daß Mikrowellen über den Wellenleiter 3 durch das Quartzfenster 4 in das Innere der Vakuumkammer 13 eingespeist wurden, und der Tuner 2 wurde so eingestellt, daß in einem kleinen Bereich 30, der durch die Oberfläche des Substrates 8 und den an den Magneten 7 angrenzenden Bereich definiert ist, ein Plasma erzeugt wurde. Die Leistung, mit der die Mikrowellen eingespeist wurden, betrug 300 W. Unter Beibehaltung dieses Zustandes wurde die Musterbildung etwa eine Stunde lang fortgesetzt, und danach wurden die Mikrowellen-Oszillation beendet, die Gaszufuhr eingestellt und das Väküum beseitigt, um das Substrat 8 herauszunehmen. Auf der Oberfläche des Substrates 8 hat sich ein punktförmiger amorpher Siliziumfilm mit einer Filmdicke von ungefähr 1 um gebildet. Messung im Infrarot-Spektrum ergab eine Absorption bei 2,000 cm&supmin;¹, aber bei 2,090 cm&supmin;¹ war nur wenig Absorption zu sehen. Bei einer Analyse gemäß IMMA wurde kein Einschluß von Metall- Verunreinigungen in den Film beobachtet.
Als nächstes wurde ein Gerät, das im wesentlichen dem nach Fig. 1 entspricht, so abgewandelt, daß der Substrathalter parallel zum Substrat zusammen mit dem Substrat hin- und herbewegt werden kann. Hier wurde der Magnet 7 in der Vakuumkammer 13 festgehalten. Bei einer Verwendung des Geräts in dieser Weise wurde die Filmbildung im wesentlichen auf dieselbe Art wie im vorangehenden durchgeführt. Das Substrat wurde während der Filmbildung hin- und herbewegt. Nach der Filmbildung wurde das Substrat herausgenommen und es zeigte sich, daß sich ein streifenförmiger amorpher Siliziumfilm, der sich in Richtung der Bewegung des Substrates erstreckte, auf dem Substrat gebildet hatte, und dieser Streifen war viel größer als die Zone, in der sich das Plasma ausgebreitet hatte.
Ferner wurde unter Verwendung eines Gerätes, das im wesentlichen dem nach Fig. 1 entspricht, eine Ätzung vorgenommen. Das dazu verwendete Gas war CF&sub4;, das 10 % an O&sub2; enthielt, und im Inneren der Vakuumkammer herrschte ein Druck von 1,5 x 1,33 Pa (1,5 x 10&supmin;² Torr). Auf dem Substrathalter befand sich ein Aluminiumsubstrat, auf dem zuvor über RF-Glimmentladung von SiH&sub4; amorphes Silizium mit einheitlicher Dicke von 1,5 um gebildet worden war, und es wurde eine elektrische Entladung bei einer Mikrowellenanwendungsleistung von 150 W herbeigeführt. Nach 2 Stunden wurde der Gasstrom eingestellt, ebenfalls wurde die Mikrowellenerzeugung eingestellt, um die elektrische Entladung zu beenden, und das Substrat wurde aus der Vakuumkammer herausgenommen, wobei sich zeigte, daß nur in der Umgebung des Magneten, wo das Plasma erzeugt worden war, eine Ätzung erfolgt war, und der Bereich, in dem amorphes Silizium entfernt worden und der Aluminium-Metalluntergrund freigelegt worden war, punktförmig ausgebildet war.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für das örtlich gesteuerte Zünden eines Plasmas. Die jeweiligen Bezugsnummern sind, abgesehen von der 7, die gleichen wie in Fig. 1. Die Bezugsnummer 7 bezeichnet einen stabförmigen Permanentmagneten aus Samarium-Kobalt, und es sind 8 Stück davon in Doughnut-Form bzw. ringförmig auf einer Kreislinie angeordnet. Das Magnetfeld in der Mitte des Substrates 8 beträgt etwa 9 x 10&supmin;² Vsm&supmin;² (900 Gauß).
Die Filmbildung wird gemäß denselben Abläufen wie im vorangehenden durchgeführt, um unter Verwendung dieses Gerätes einen Punkt eines amorphen Siliziumfilmes auf der Oberfläche des Substrates 8 zu bilden. Man läßt SiH&sub4;-Gas, das mittels H&sub2; auf 10 % verdünnt worden ist, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 SCCM einströmen und das Hauptventil 10 wird so eingestellt, daß der Druck im Inneren des Gerätes bei ungefähr 0,013 Pa (10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wird. Unter Beibehaltung dieses Zustandes werden die Mikrowellen eingebracht, so daß in einem kleinen Bereich 30 in der Nähe des Substrates ein Plasma erzeugt wird. Die Mikrowellenanwendungsleistung beträgt 450 W. Bei dem vorstehenden Verfahren wird ein punktförmiger amorpher Siliziumfilm von ungefähr 5 x 10&supmin;&sup5; cm (5,000 Å) Filmdicke auf dem Substrat 8 gebildet. Während dieser Zeit wird kein Plasma in der Nähe des Mikrowellen- Einbringfensters 4 erzeugt, und es kann eine stabile elektrische Entladung ohne Abscheidung eines Filmes auf der Oberfläche des Fensters 4 aufrechterhalten werden.
Fig. 3 zeigt noch ein weiteres Beispiel für das örtlich gesteuerte Zünden eines Plasmas. Die jeweiligen Bezugsnummern sind, abgesehen von 7a und 7b, die gleichen wie in Fig. 1. Die Bezugsnummer 7a bezeichnet eine elektromagnetische Spule, die dazu angeordnet ist, ein Magnetfeld an das gesamte Substrat anzulegen, und 7b bezeichnet einen Permanentmagneten aus Samarium-Kobalt. Durch Steuern der relativen Positionen der Spule 7a, des Magneten 7b und des Substrates 8 und des durch die Spule 7a fließenden elektrischen Stroms wird in der Nähe der Substratoberfläche eine punktförmige Zone von 8,75 x 10&supmin;² Vsm&supmin;² (875 Gauß) gebildet.
Die Filmbildung wird gemäß denselben Abläufen wie im vorangehenden durchgeführt, wenn unter Verwendung dieses Gerätes ein Punkt eines amorphen Siliziumfilms auf der Oberfläche des Substrates 8 gebildet wird. Man läßt SiH&sub4;- Gas, das mittels H&sub2; auf 10 % verdünnt worden ist, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 SCCM einströmen und das Hauptventil 10 wird so eingestellt, daß der Druck im Inneren des Gerätes bei ungefähr 0,013 Pa (10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wird. Unter Beibehaltung dieses Zustandes werden die Mikrowellen eingebracht, so daß in einem kleinen Bereich 30 in der Nähe des Substrates ein Plasma erzeugt wird. Die Mikrowellenanwendungsleistung beträgt 400 W. Mit dem vorstehenden Verfahren kann ein punktförmiger amorpher Siliziumfilm von ungefähr 5 x 10&supmin;&sup5; cm (5,000 Å) Filmdicke ohne weiteres auf dem Substrat 8 gebildet werden. Während dieser Zeit wird kein Plasma in der Nähe des Mikrowellen-Einbringfensters 4 erzeugt, und es kann eine stabile elektrische Entladung ohne Bildung von Flecken auf der Oberfläche des Fensters 4 aufrechterhalten werden.
Die Bildung eines Musters aus amorphem Silizium auf dem Substrat wird ebenfalls unter Verwendung des gleichen Gerätes wie in Fig. 3 mit Ausnahme des Magneten 7b durchgeführt. Anstelle des Magneten 7b nach Fig. 3 werden Blöcke von Permanentmagneten aus Samarium-Kobalt aneinandergefügt, um, wie in Fig. 4 gezeigt, einen Zylindermagneten 7c zu bilden. Der Zylinder ist so gestaltet, daß sein Durchmesser kleiner als die Ausdehnung des Substrates 8 ist und daß zu dessen Position eine Beziehung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht.
Bei Verwendung eines solchen Magneten 7 wird der durch die Spule 7a fließende elektrische Strom so eingestellt, daß in der Nähe des Substrates und entlang des Umfangs des zylindrischen Magneten 7c ein Bereich gebildet wird, in dem ein Magnetfeld von etwa 8,75 x 10&supmin;² Vsm&supmin;² (875 Gauß) herrscht.
Als nächstes wird gemäß denselben Abläufen und unter denselben Bedingungen wie im vorangehenden aus SiH&sub4;, das mittels H&sub2; auf 10 % verdünnt worden ist, ein Plasma gebildet. Daher werden in der Nähe des Substrates kleine Plasmapunkte erzeugt, die in zylindrischer Form aneinandergereiht sind. Die Filmbildung wird unter Beibehaltung dieses Zustandes durchgeführt, so daß Punkte von amorphem Silizium mit jeweils einer Filmdicke von ungefähr 5 x 10&supmin;&sup5; cm (5,000 Å) in kreisförmiger Anordnung gleichzeitig auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden können.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die ein erfindungsgemäßes Gerät darstellt, das mit einem Gitter 4,0 ausgestattet ist, um den Schaden zu verringern, den das Plasma am Substrat verursacht.
Bei dem Gitter 40 kann es sich um irgendeines handeln, das die Dämpfung von Mikrowellen und die einfallende Energie oder einfallende Dichte geladener Teilchen (Ionen oder Elektronen), die auf ein Substrat 8 geschleudert werden, regulieren kann, und es kann beispielsweise aus Metallen, wie rostfreiem Stahl, Aluminium oder Molybdän, oder solchen, die eine Beschichtung aus einem dieser Metalle aufweisen, oder Silikon, Kunststoff oder Glas, wodurch Mikrowellen absorbiert werden können, gefertigt sein. Ein Gitter 40 aus Metall ist besonders vorzuziehen, da es zum Steuern der geladenen Teilchen auf ein jedes Potential gebracht werden kann.
Über einen Mikrowellen-Einbringabschnitt 4 ist ein Hornstrahler, der zu einer Sorte von Mikrowellenstrahlern zählt, mit einer Seite einer Kammer 13 verbunden. Dieser Mikrowellenstrahler wird bevorzugt verwendet, damit sich die Mikrowellen mit gutem Wirkungsgrad zu einer Plasmazone 30 im inneren Teil der Kammer 13 ausbreiten. Neben dem Hornstrahler 21 können verschiedene Strahler als Mikrowellenstrahler Verwendung finden, wie zum Beispiel ein Schlitzstrahler, ein spiralförmiger Ankopplungstrichter, eine Lisitano-Spule etc.
Ein Mikrowellen-Oszillator 1 ist durch einen Wellenleiter 3 mit dem Mikrowellenstrahler 21 verbunden.
Zwischen dem Wellenleiter 3 und dem Mikrowellenstrahler 21 befindet sich eine Verengung 23, und der Wellenleiter 3 ist mit einem Leistungskontrollgerät 24, einem Tuner 2 mit drei Stichleitungen und einem Richtungsisolator 26 ausgestattet.
In der Kammer 13 ist ein mit einer Gas-Einbringleitung 50 verbundener, ringförmiger Gas-Ejektor 51 so vor dem Mikrowellen-Einbringabschnitt 4 angeordnet, daß für die Reaktion benötigtes Gas zugeführt werden kann. Auf diese Weise wird das Gas von der Umgebung des Mikrowellen- Einbringabschnittes 4 aus zugeführt und man läßt es von dort auf die Seite der Plasmazone 30 strömen, wodurch eine Filmabscheidung auf dem Mikrowellen-Einbringabschnitt unterdrückt wird.
Im mittleren Teil der Kammer 13 ist über ein Gitter 41 eine Absaugpumpe 70 angeschlossen, so daß der Druck in der Kammer geregelt werden kann und das Überschußgas oder das bei der Reaktion erzeugte Gas abgepumpt werden können. Das Gitter 41 ist zum Abfangen der Mikrowellen vorgesehen.
Im inneren Abschnitt der Kammer 13 befindet sich ein Gitter 40 und in einem weiter innen liegenden Abschnitt befindet sich ein von einem Substrathalter 9 gehaltenes Substrat 8. Der Substrathalter 9 ist so gestaltet, daß er einen Heizer 12 zum Aufheizen des Substrates 8 aufweist.
An der Außenseite der Kammer 13 befindet sich eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung 33 zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf der Seite des Mikrowellen-Einbringabschnittes 4. Diese Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung 33 ist ein Elektromagnet, der aus einem ferromagnetischen Kern 31 und einer an eine Gleichstromquelle 32 angeschlossenen Zylinderspule besteht.
Die Funktionsweise des Gerätes nach Fig. 5 soll im folgenden beschrieben werden, wobei das Ätzen eines Siliziumsubstrates als Beispiel gewählt wird.
Zuerst wurde das Innere der Kammer 13 mit der Absaugpumpe 70 bis zu einem Druck von ungefähr 133 x 10&supmin;&sup7; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) abgepumpt und danach wurden 90 SCCM von CF&sub4; und 10 SCCM von O&sub2; durch die Gas- Einbringleitung 50 und den ringförmigen Gas-Ejektor 51 zugeführt. Daher wurde der Druck in der Kammer 13 bei 5 x 0,13 Pa (5 x 10&supmin;³ Torr) gehalten. Dann wurde die Gleichstromquelle 32 zur Bildung eines Magnetfeldes von 8,75 x 10&supmin;² Vsm&supmin;² (875 Gauß) in einer spezifizierten Zone vor dem Gitter 40 eingeschaltet.
Als nächstes wurde die Spannungsquelle für den Mikrowellen-Oszillator 1 mit einer Frequenz von 2,45 GHz eingeschaltet, und der Tuner 2 mit drei Stichleitungen wurde unter Beobachtung des Leistungskontrollgerätes 24 eingestellt. Als Folge davon wurde nur in der Plasmazone 30 ein Plasma erzeugt. Dabei breiteten sich die Mikrowellen auf Grund der Verengung 23 mit gutem Wirkungsgrad in die Kammer 13 aus. Das Überschußgas konnte ebenfalls mit der Absaugpumpe 70 abgepumpt werden, ohne daß Mikrowellen in das Evakuierungssystem entkamen.
Nach 10 Minuten wurde das Substrat herausgenommen und es zeigte sich, daß das Ätzen erfolgt war, ohne daß durch das Plasma Schaden entstanden wäre. Auch ergab sich kaum ein Temperaturanstieg beim Mikrowellen-Einbringabschnitt 4.
Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Beispiel für die Erfindung, bei dem ein Schlitzstrahler 28 als Mikrowellenstrahler verwendet wird, ein ringförmiger Gas- Ejektor 51 sich vor einem Mikrowellen-Einbringabschnitt 4 befindet und mit einer Gas-Einbringleitung 50 verbunden ist, und sich außerdem ein mit einer Gas-Einbringleitung 52 verbundener ringförmiger Gas-Ejektor 53 zwischen einem Substrat 8 und einem Gitter 40 befindet. Die Gas-Einbringleitung 50 und der ringförmige Gas- Ejektor 51 sind für die Zufuhr-eines nicht filmbildenden Gases vorgesehen, und die Gas-Einbringleitung 52 und der ringförmige Gas-Ejektor 53 sind für die Zufuhr eines filmbildenden Gases vorgesehen.
Mit dem nicht filmbildenden Gas ist ein Gas gemeint, das aus sich selbst heraus keinen Film bilden kann, während mit dem filmbildenden Gas ein Gas gemeint ist, das durch die Reaktion mit einem aktivierten und/oder anderen Gas einen Film bildet. Die Filmabscheidung auf dem Mikrowellen-Einbringabschnitt 4 kann durch vorstehend beschriebene getrennte Zufuhr des nicht filmbildenden Gases und des filmbildenden Gases sicher verhindert werden.
Das filmbildende Gas kann beispielsweise Gase der Siliziumhydride, wie Silan, Disilan und Trisilan, der Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan und Acetylen, der aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und Xylol, der halogenierten Kohlenwasserstoffe, wie Tetrafluormethan, Tetrachlormethan, CH&sub2;F&sub2; und CH&sub3;F etc. einschließen. Das nicht filmbildende Gas kann beispielsweise Wasserstoff, Argon, Helium, Stickstoff etc. einschließen. Das filmbildende Gas kann als Gemisch mit dem nicht filmbildenden Gas verwendet werden.
Das Gitter 40 ist aus Metall und an eine variierbare Gleichstromquelle 42 angeschlossen und so beschaffen, daß es auf jedes gewünschte Potential gebracht werden kann. Daß das Gitter 40 so beschaffen ist, daß es auf ein Potential gebracht werden kann, ermöglicht ein sicheres Steuern der geladenen Teilchen durch das Potential.
Die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung 33 besteht aus Permanentmagneten, die in wechselweise umgekehrter Richtung angeordnet sind, und ist dadurch so beschaffen, daß ein die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz erfüllendes Magnetfeld auf der Vorderseite des Gitters 40 gebildet werden kann.
Die Funktionsweise dieses Gerätes soll im folgenden beschrieben werden, wobei die Bildung eines amorphen Siliziumfilms als Beispiel gewählt wird.
Zuerst wurde das Innere der Kammer 13, wie früher beschrieben, mit der Absaugpumpe 70 bis zu einem Druck von ungefähr 1,33 x 10&supmin;&sup5; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) ausgepumpt, und danach wurden jeweils 20 SCCM von H&sub2; und 20 SCCM von SiH&sub4; durch die Gas-Einbringleitungen 50 und 52 und die ringförmigen Gas-Ejektoren 51 und 53 zugeführt. Als Folge davon wurde der Druck in der Kammer 13 bei 3 x 0,13 Pa (3 x 10&supmin;³ Torr) gehalten. Als nächstes wurde die Substrattemperatur mit einem Heizer 12 auf 250 ºC erhöht, und das Gitter 40 wurde mit der variierbaren Gleichstromquelle 42 auf +30 V gegen Erde gehalten. Dann ließ man Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz sich von dem Schlitzstrahler 28 zu der Plasmazone 30 ausbreiten. Daher wurde das Plasma vorwiegend in der Plasmazone 30 erzeugt. Nach 10 Minuten wurde das Substrat herausgenommen und es zeigte sich, daß sich ein amorpher Siliziumfilm mit einer Dicke von 3 um und von hoher Qualität ohne Beschädigung durch das Plasma gebildet hatte.
Auf diese Weise kann das Gitter 40 an einer vom Mikrowellen-Einbringabschnitt 4 getrennten Stelle angeordnet sein und es läßt sich bewirken, daß das Elektronenzyklotronresonanz-Plasma dort erzeugt wird, um die Wirkung zu erzielen, daß der durch das Plasma verursachte Schaden gering gehalten wird und die Abscheidung von Flecken auf dem Mikrowellen- Einbringabschnitt 4 und die Temperaturerhöhung ebenfalls reduziert werden können. Die das Substrat 8 erreichenden geladenen Teilchen können durch Verändern des Gitterpotentials ebenfalls leicht reguliert werden. Was die Ausbreitung der Mikrowellen anbelangt, kann das Benutzen des Strahlers den Wirkungsgrad verbessern, und insbesondere das Benutzen des Hornstrahlers ermöglichte es, die Reflexion von Mikrowellen auf 20 % oder weniger zu drücken. Ferner ist es insbesondere, indem man nicht filmbildendes Gas von der Umgebung des Mikrowellen- Einbringabschnittes 4 aus und filmbildendes Gas von der Umgebung des Gitters 40 aus ausströmen läßt, möglich zu verhindern, daß der Film auf dem Mikrowellen- Einbringabschnitt 4 abgeschieden wird.
Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Substrat neben dem Mikrowellen-Einbringabschnitt angeordnet ist, und eine Plasmaerzeugungszone ist in einem Raum auf der Seite der Substratoberfläche vorgesehen, die der dem Mikrowellen-Einbringabschnitt zugekehrten Oberfläche entgegengesetzt ist.
Da ein Substrat, das Mikrowellen reflektiert, beim Einbringen von Mikrowellen in die Reaktionskammer nicht brauchbar ist, muß das Substrat hier so beschaffen sein, daß es Mikrowellen bis zu einem bestimmten Grad durchlassen kann. Ferner ist ein Substrat ungeeignet, das eine starke Absorption von Mikrowellen zeigt und einen niedrigen Schmelzpunkt hat, da die Möglichkeit besteht, daß es beim Einbringen der Mikrowellen zum Schmelzen gebracht wird.
Die Absorption von Mikrowellen durch das Substrat läßt sich näherungsweise durch folgende Gleichung beschreiben:
p = A &epsi;S tanδ (I)
Hier repräsentieren P den Absorptionsgrad, A einen von der Frequenz der Mikrowellen, der Form des Substrats, der Stärke des elektrischen Feldes der Mikrowellen etc. abhängigen Koeffizienten, &epsi;S eine relative Dielektrizitätskonstante und tanδ einen Verlustfaktor. Aus Gleichung (I) ist ersichtlich, daß &epsi;Stanδ vorzugsweise ein bestimmtes Ausmaß nicht übersteigen sollte. Geeignete Materialien mit einem kleinen &epsi;Stanδ können Keramik, wie Quartz und Aluminiumoxid, Macole (Handelsbezeichnung), Teflon (Handelsbezeichnung), Silikon, Polyäthylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen, weißen Glimmer, Borsilikat-Glas etc. beinhalten, beschränken sich aber keineswegs auf diese. Insbesondere, wenn auch das Aufheizen des Substrates durch Mikrowellen ausgeführt wird, werden Silikon oder Borsilikat-Glas, deren &epsi;Stanδ etwas größer ist, bevorzugt gewählt.
Die Größe des Substrates ist so gewählt, daß das Mikrowellen-Einbringfenster abgedeckt ist, oder das Substrat ist größer als dieses.
Für eine effiziente Plasmaerzeugung durch Mikrowellen ist es wirksam, die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz von Mikrowellen und den Mikrowellen-Oszillator zu nutzen. Insbesondere im Falle der vorliegenden Erfindung ist es manchmal nötig, die Mikrowellenanwendungsleistung auf ein Mindestmaß zu reduzieren, da das Substrat geschützt werden muß. In einem solchen Fall ist es nötig, die Bedingungen für Elektronenzyklotronresonanz und den Oszillator zu benutzen. Hier ist es, um Elektronenzyklotronresonanz zu erzeugen, erforderlich, ein Magnetfeld zu erzeugen, wozu sowohl ein Elektromagnet als auch ein Permanentmagnet verwendet werden kann. Als Oszillator können verschiedene Oszillatoren, wie runde Oszillatoren, rechteckige Oszillatoren und halb-koaxiale Oszillatoren, Verwendung finden.
Falls das Gerät der Erfindung besonders zur Filmbildung verwendet wird, kann es vorkommen, daß mit der Abscheidung eines Films auf der Oberfläche des Substrates die Anpassung der Mikrowellen fehlerhaft wird. In einem solchen Fall ist es nötig, die Anpassung unter Verwendung eines selbsttätigen Anpassungssystems zu regeln. Dazu ist es denkbar, daß mit dem System die einfallende elektrische Leistung und die r?flektierte elektrische Leistung der Mikrowellen unter Verwendung eines Richtungskopplers erfasst werden, und wenn die Anpassung abweicht, eine Feinregulierung einer Anpassungs- Einstellvorrichtung, wie eines Tuners mit drei Stichleitungen, erfolgt.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, wo durch Ausnutzen von Elektronenzyklotronresonanz ein Film von amorphem Silizium gebildet wird.
In Fig. 7 bezeichnen die Bezugsnummer 65 Walzen zum Aufrollen eines bandförmigen Substrates 8, 30 ein Elektronenzyklotronresonanzfeld und 61 einen Magneten zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das das Auftreten von Elektronenzyklotronresonanz bewirkt. Hier wird Polyäthylen für das mit 8 bezeichnete Substrat verwendet.
Zuerst wurde das Innere einer Reaktionskammer 13 vorläufig auf 1,33 x 10&supmin;&sup5; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) ausgepumpt. Durch die Gas-Einbringrohrleitung 5 wurden 40 SCCM von H&sub2; und 20 SCCM von SiH&sub4; zugeführt und der Innendruck der Reaktionskammer wurde bei 8 x 0,13 Pa (8 x 10&supmin;³ Torr) gehalten. Danach wurden Mikrowellen durch ein Einbringfenster 4 mittels eines Mikrowellen-Oszillators 1 zu dem Raumbereich 30 gebracht. In der Folge trat Elektronenzyklotronresonanz zur Plasmaerzeugung auf.
Zu dieser Zeit wurden die Mikrowellen so eingestellt, daß die einfallende Leistung 30 W und die reflektierte Leistung 10 W betrugen, und die einfallende Leistung sowie die reflektierte Leistung wurden auch während der Filmbildung mit einer selbsttätigen Anpassungsvorrichtung 73 im wesentlichen konstant gehalten. Während der Filmbildung wurde das Polyäthylen mit einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Minute aufgerollt. Nach der Filmbildung wurde das Substrat herausgenommen und es zeigte sich, daß sich ein Film aus amorphem Silizium von 1 um Dicke gebildet hatte. Auch waren kaum Flecken auf dem Mikrowellen-Einbringfenster 4 zu sehen, und es waren ebenfalls kaum Flecken auf der Innenwand der Kammer mit Ausnahme des Raumes 30 zu sehen.
Daher hat das Einspeisen der Mikrowellen von der Rückseite des Substrates her folgende Vorteile:
(1) Während der Filmbildung entstehende Flecken auf dem Mikrowellen-Einbringfenster oder innerhalb der Kammer können auf ein Minimum reduziert werden.
(2) Die Geschwindigkeit der Behandlung kann erhöht werden.
(3) Durch die Wahl eines bestimmten Substrates erübrigt sich die Verwendung einer Substrat-Aufheizvorrichtung.
(4) Wenn eine große Fläche gleichmäßig behandelt werden soll, kann das Substrat an der Vorderseite des Mikrowellen-Einbringfensters bewegt werden.

Claims

1. Gerät zum Behandeln eines Substrates mit

einer Kammer, die das Substrat umgibt und mit einem Abschnitt zum Einbringen von Mikrowellen versehen ist,

einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, die zum Behandeln des Substrates in der Nähe des Substrates und in einem Raumbereich, der ausreichend klein im Vergleich zur Größe der Kammer ist, ein Plasma in der Kammer erzeugt, und

einem Gitter, das sich zwischen der Plasmabildungszone und dem Substrat befindet.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Plasma durch Ausnutzung von Elektronenzyklotronresonanz von Mikrowellen gebildet wird.

3. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Substrat an einer von dem Abschnitt, durch den die Mikrowellen eingebracht werden, getrennten Stelle angeordnet ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Plasmaerzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes beinhaltet.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Gitter aus Metall gefertigt ist.

6. Gerät zum Behandeln eines Substrates mit einer Kammer, die das Substrat umgibt und mit einem Abschnitt zum Einbringen von Mikrowellen versehen ist, einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, die in der Kammer ein Plasma zum Behandeln des Substrates mit dem Plasma erzeugt, wobei das Substrat für Mikrowellen durchlässig ist und in die Nähe des Abschnittes, durch den die Mikrowellen eingebracht werden, angeordnet ist, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, in der Nähe des Substrates in einem Raumbereich, der im Vergleich zur Größe der Kammer ausreichend klein ist, und auf der dem Abschnitt, durch den die Mikrowellen eingebracht werden, entgegengesetzten Seite des Substrates Plasma zu erzeugen.

7. Gerät nach Anspruch 6, bei dem das Plasma durch Ausnutzung von Elektronenzyklotronresonanz von Mikrowellen gebildet wird.

8. Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Plasmaerzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Bildung eines Magnetfeldes ist.