DE69125765T2

DE69125765T2 - Methode und Gerät zur Steuerung eines Plasmaverfahrens

Info

Publication number: DE69125765T2
Application number: DE69125765T
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Shimizu; Hitoshi Tamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1991-08-06
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: EP0472045A1; US5266364A; EP0472045B1; JP3056772B2; KR950000653B1; DE69125765D1; JPH0499876A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Plasmen, und beide ermöglichen die Plasmabearbeitung mit hoher Qualität durch Steuern von Parametern für Plasmen, wie etwa die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung der Plasmen.
Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen von Plasmen durch Einleiten von Mikrowellen parallel zur magnetischen Flußdichte in eine Prozeß- bzw. Bearbeitungskammer, die mit einer magnetischen Flußdichte in einem Ausmaß beaufschlagt wird, daß Elektronenzyklotronresonanz verursacht wird, ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 55-141729 beschrieben worden.
Plasmabearbeitungsgeräte bzw. -vorrichtungen, die Mikrowellen unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes verwenden, sind in den letzten Jahren allgemein verwendet worden, da sie Plasmen mit hoher Dichte sogar in einem Hochvakuumbereich erzeugen können und Bearbeitungsbedingungen über einen weiten Bereich entsprechen. Die Erscheinung der Elektronenzyklotronresonanz wird in den meisten dieser Vorrichtungen genutzt. Die Elektronenzyklotronresonanz, wie sie hier diskutiert wird, ist eine Resonanzerscheinung, die auftritt, wenn Koinzidenz zwischen der Frequenz einer Zyklotronbewegung von Elektronen unter der Einwirkung eines statischen magnetischen Feldes und der Frequenz der Mikrowellen mit einer Wellenlänge von etwa 1 cm bis 30 cm besteht, und es ist bekannt, daß beim Auftreten der Resonanz die elektrische Energie der Mikrowellen wirksam in Plasmen absorbiert werden kann.
In einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, die ein statisches magnetisches Feld nutzt, ist die Dichteverteilung von Plasmen durch Abstimmen bzw. Einstellen der Verteilung des statischen magnetischen Feldes optimiert worden, um eine gleichförmige Bearbeitung zu erreichen. Allerdings ist bei einem Plasmabearbeitungsgerät, das die Erscheinung der Elektronenzyklotronresonanz nutzt, aufgrund der Tatsache, daß ein statisches Magnetfeld mit einer höheren magnetischen Flußdichte im Vergleich zum üblichen Plasmabearbeitungsgerät verwendet wird, das Problem aufgetreten, daß die Größe eines Elektromagneten zur Steuerung der Verteilung ebenfalls größer wird.
Da der Integrationsgrad bei LSI zunimmt, ist es erforderlich, die Qualität für die Plasmabearbeitung zu steigern. Um diesem Trend zu genügen, wird eine Technik zum Steuern der Charakteristika von Plasmen benötigt. Die Erfinder haben den Fall der Plasma-CVD in Aussicht genommen. Beispielsweise ist es im Falle der Bildung eines dünnen Si-Film unter Verwendung von Monosilan als Reaktionsgas seit längerem bekannt, daß SiHm-Radikale (m = 0 - 3) in Monosilanplasmen eine wichtige Rolle bei den Reaktionen spielen. Wenngleich nicht eindeutig klar ist, welche Radikale unter ihnen für die Filmbildung am wichtigsten sind, wird angenommen, daß wenn betimmte Radikale selectiv angeregt werden können, dünne Filme hoher Qualität mit hoher Reinheit und mit weniger Wasserstoffatomen, die dazu neigen, in den Filmen als Verunreinigung enthalten zu sein, gebildet werden können. Da jedes der Radikale jeweils eine eigene bzw. inherente Anregungsenergie besitzt, ist es erforderlich, die von den Plasmen an die Reaktionsgase abgegebene Energie zu steuern, um bestimmte Radikale selektiv zu bilden. Aufgrund dieser Umstände muß die Energie von Elektronen (Elektronentemperatur), welche Energie durch Kollision an die Reaktionsgase übertragen, gesteuert werden. Da aber beim bestehenden Plasma-CVD-Gerät die Plasmaparameter nicht direkt gesteuert werden können, wurde die Steuerung nur durch das Optimieren in bezug auf die Filmbildungsbedingungen durchgeführt, und zwar durch Abstimmen der Prozeßbedingungen, wie etwa dem Filmbildungsdruck oder dem das Plasma einschließende statischen magnetischen Feld.
Die genannten Forderungen sind auch im Falle des Plasmaätzens anwendbar. Das heißt, daß es zum wirksamen Anregen aktiver Spezies, die am meisten zu den Reaktionen beitragen, es erforderlich ist, die Parameter von Plasmen, wie etwa die Dichte und die Elektronentemperatur der Plasmen, zu steuern. Weiter ist es im Falle der Filmbildung durch Vorspannungsbestäuben bzw.
Sputtern bekannt, daß das Bedeckungsverhältuis bei den Stufen und die Kristallinität der Filme in Abhängigkeit von der Menge und Energie von Ionen variiert, die während der Filmbildung auf ein zu bearbeitendes Substrat gestrahlt werden. Im Falle von Verdrahtungsfilmen sind das Bedeckungsverhältnis für die Stufen und die Kristallinität der Filme wichtige Parameter, die die Lebensdauer der Verdrahtungen bestimmen, und es ist erforderlich, die Plasmen in der Nähe des zu bearbeitenden Substrates zu steuern, um Verdrahtungsfilme mit hoher Qualität zu bilden. Die Druckschrift US-A-4 877 509 offenbart eine Vorrichtung, in der eine Mikrowelle über einen rechteckigen Wellenleiter, einen von Rechteck- auf Kreisform übergehenden Mikrowellewandler und einen Zirkularpolarisationswandler in eine Plasmaerzeugungskammer geliefert wird.
Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Plasmabearbeitung zu schaffen, um mindestens einen der Parameter, die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung, für die Plasmabearbeitung zu steuern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Steuerung von Parametern von Plasmen, wie etwa die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung des Plasmas, durch Steuern der Charakteristika von mindestens zwei unterschiedlich polarisierten Wellen im Falle einer Plasmabearbeitungsvorrichtung zu ermöglichen, die eine Mikrowellenentladung unter der Wirkung eines magnetischen Feldes benutzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden rechtsdrehende, zirkularpolarisierte Wellen und linksdrehende, zirkularpolarisierte Wellen für die Plasmabearbeitung in eine Bearbeitungskammer in einer Richtung eingeleitet, die im wesentlichen parallel zu einer Richtung eines statischen magnetischen Feldes verlaufen, und das Verhältnis zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in den Mikrowellen wird so gesteuert, daß eine Steuerung mindestens eines Parameters, der Elektronentemperatur und der Dichteverteilung, zur Plasmabearbeitung eines Substrates ermöglicht wird, das in der Bearbeitungskammer vorhanden ist.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Steuerung des Verhältnisses zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen durch Steuern des Drehungswinkels eines anisotropen Mediums in der Form einer Phasenverschiebungsbzw. Phasenschieberplatte erreicht, die in einem Wellenleiterrohr angebracht ist, das zum Einleiten der Mikrowellen in die Plasmabearbeitungskammer verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den 1 inksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen durch Einstellen der Gangsteigung einer Wendelantenne gesteuert, die in einem Modenwandler in demjenigen Abschnitt angeordnet ist, der zum Einleiten der Mikrowellen in die Plasmabearbeitungskammer verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine anisotrope dielektrische Platte, die zum Umwandeln einer der Wellen, der linksdrehenden und der rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in die andere Welle der linksdrehenden und rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen benutzt wird, um das Substrat herum vorgesehen, das in der Plasmabearbeitungskammer bearbeitet werden soll, wodurch die Steuerung des Verhältnisses und die Steuerung der Elektronentemperatur und der Dichteverteilung für die Plasmabearbeitung ermöglicht wird.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, die allein zu Zwecken der Veranschaulichung mehrere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Nachfolgend werden die Zeichnungen kurz beschrieben.
Fig. 1 und Fig. 2 veranschaulichen das Prinzip der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 die Absorptionscharakteristik der rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und der linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in den Plasmen zeigt, während Fig. 2 die Absorption der elektrischen Energie für jeden der Abschnitte eines Mediums mit gleichförmiger Verlustverteilung veranschaulicht, wenn elektromagnetische Wellen auf das Medium gestrahlt werden;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer CVD-Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung einer Phasenschieberplatte in Fig. 3 veranschaulicht;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer CVD-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung einer Wendelantenne in Fig. 5 veranschaulicht; und
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht einer CVD-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird das Prinzip der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist einer der plasmasteuernden Parameter, der besonders leicht eingestellt werden kann, die Menge der in die Plasmen entladenen Energie. Die Elektronentemperatur und die Plasmadichte kann durch Steigerung der Menge der geladenen Energie vergrößert werden. Andererseits können die Parameter auch durch Variieren der Positionsbeziehung zwischen den Plasmaerzeugungsquellen und denjenigen Positionen gesteuert werden, in denen die Parameter gesteuert werden sollen. Im allgemeinen werden die Elektronentemperatur und die Plasmadichte gemäß dem Trennungsabstand von den Plasmaerzeugungsquellen abgesenkt. Der Grad der Reduktion wird in Abhängigkeit von den inhärenten Zuständen der Vorrichtung sowie den Filmbildungsbedingungen bestimmt, wie etwa Diffusion und Verlust der Plasmen. Somit können also die Parameter von Plasmen in jeder gewünschten Position durch Steuern der in den Plasmen geladenen Energie sowie der Positionsbeziehung in bezug auf die Plasmaerzeugungsquellen gesteuert werden.
Zum Steuern der Position der Plasmaerzeugungsquelle im Falle der Nutzung von elektromagnetischen Wellen als Energiequelle für die Plasmaerzeugung, sowie zum Steigern der Dichte von Plasmen in einer bestimmten Position durch das Laden von elektromagnetischen Wellen ist es erforderlich, die elektrische Energie der elektromagnetischen Wellen zur anvisierten Position hin auszubreiten. Die Ausbreitungscharakteristiken der elektromagnetischen Wellen in Plasmen, die mit einem statischen magnetischen Feld parallel zur Fortpfianzungsrichtung der Wellen angewandt werden, sind zwischen rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen unterschiedlich, was jeweils durch die Formeln (1) und (2) dargestellt werden kann. (rechtsdrehende, zirkularpolarisierte Wellen) --- (1) (linksdrehende, zirkularpolarisierte Wellen) --- (2)
In den Formeln bedeutet:
c: die Lichtgeschwindigkeit
k: die Wellenzahl
ω: die Kreisfrequenz der Wellen
ωp: die Kreisfrequenz der Plasmaschwingungen
ω&sub0;: die Kriesfrequenz des Elektronenzyklotrons
In einem Bereich, in welchem die Wellenzahl k in den Formeln (1) und (2) eine imaginäre Zahl wird, werden die Wellen in der Form einer Exponentialfunktion gedämpft, wenn sie sich fortpflanzen und können nicht in die Plasmen hinein ausgebreitet werden.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer experimentellen Untersuchung der Absorptionscharakteristik von rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und von linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen bei Plasmen, die mit einem statischen magnetischen Feld parallel zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen in einer gasförmigen Atmosphäre, bestehend aus Ar + Hg, angelegt wird ("Microwave Technology", von Yuichi Sakamoto, Ionics, Mai 1983). Aus der Figur geht hervor, daß eine Absorption von etwa 1 dB bei den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in der Nähe der Elektronenzyklotron-Resonanzftequenz auftritt, während eine Absorption von mehreren zehn dB bei rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen auftritt. Die elektrische Energie der elektromagnetischen Wellen wird zur Steigerung der Plasmadichte, der Elektronentemperatur, etc. von den Plasmen in den absorbierten Positionen benutzt, und es kann davon ausgegangen werden, daß die Absorptionsposition eine Plasmaerzeugungsquelle ist.
Betrachtet man den Fall des Anwendens von elektromagnetischen Wellen, welche die Elektronenzyklotronresonanz verursachen, bei semi-infiniten Plasmen unter der Wirkung eines im wesentlichen gleichförmigen statischen magnetischen Feldes parallel zum statischen magnetischen Feld, werden die Wellen, weil die rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen einer starken Dämpfung unterliegen, nur in der Nähe der Grenze absorbiert und können nicht tief in das Innere eindringen, während die linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen keine so große Dämpfung erfahren. Dementsprechend können die linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in das Innere der Plasmen vordringen und werden über einen relativ großen Bereich hinweg absorbiert. Die Energie der absorbierten elektromagnetischen Wellen trägt dazu bei, die Plasmadichte zu steigern.
Was die quantitativen Aspekte der Steuerung für die Verteilung der Plasmadichte in Abhängigkeit vom Unterschied des Dämpfungsbetrages anbetrifft, zeigt Fig. 2 ein Beispiel für das Ergebnis einer Berechnung der elektrischen Energie, die in jeder der Positionen in einem homogenen Medium mit einem konstanten Dämpfungsbetrag absorbiert wird, wenn elektromagnetische Wellen auf das Medium abgestrahlt werden. Die Abszisse gibt den Abstand von der Endfläche des Mediums an. Wie ersichtlich, ist die Absorption der elektrischen Energie klein, wenn der Dämpfungsbetrag im Medium nicht größer als 1 dB ist; doch kann die Energie auch im Innern des Mediums relativ wirksam absorbiert werden. Wenn andererseits der Dämpfungsbetrag die Größe von mindestens 10 dB annimmt, wird die Energie der elektromagnetischen Wellen in der Nähe der Endfläche des Mediums absorbiert und die Wellen reichen nicht tief in das Innere des Mediums hinein, und der Absorptionsbetrag gemäß dem Trennabstand von der Endfläche abrupt abgesenkt wird.
Es sei ein Fall betrachtet, bei dem das Medium aus Plasmen besteht. Da die Erzeugungsmenge der Plasmen im wesentlichen dem Absorptionsbetrag der elektrischen Energie proportional ist, tragen die rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen mit großem Dämpfungsbetrag dazu bei, die Plasmadichte in der Nähe der Plasmaendfläche zu steigern. Andererseits kann im Falle der linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen mit niedrigem Dämpfungsbetrag die elektrische Energie der Mikrowellen auch in einer von der Endfläche der Plasmen beabstandeten Position absorbiert werden. Dementsprechend können Plasmen gleichförmig relativ zur Fortpflanzungsrichtung der Mikrowellen erzeugt werden, verglichen mit dem Falle der rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen.
Da die Wandoberfläche einer Plasmabearbeitungskammer gewöhnlich aus einem Metall, wie etwa Al, hergestellt wird, besitzt sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit, so daß der Mikrowellenverlust gering ist. Selbst im Falle von linksdrehenden, regelmäßig polarisierten Wellen mit geringer Dämpfung wiederholen demgemäß die in der Bearbeitungskammer auftreffenden Mikrowellen auf der Wandoberfläche Reflexionen, so daß schließlich der größte Teil der Mikrowellenenergie in den Plasmen absorbiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen mit geringer Dämpfung und die rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen mit hoher Dämpfung gleichzeitig benutzt, so daß die Verteilung der Plasmaerzeugungsquellen in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen eingestellt werden kann, und die Dichteverteilung kann durch Steuern des Mischungsverhältnisses zwischen den links- und rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen gesteuert werden. Das heißt: indem es möglich ist, im Falle der Verwendung von 100% rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr.59-114798 beschrieben, eine Dichteverteilung bei den Plasmen zu erreichen, die örtlich in der Nähe der Grenze gesteigert ist, an der die Wellen angesetzt werden, was anzeigt, daß die Ätzgeschwindigkeit vergrößert und die Ätzdauer reduziert wird; und indem es möglich ist, im Falle der Verwendung von 100% linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung, eine relativ gleichförmige Dichteverteilung in bezug auf die Fortpflanzungsrichtung der Wellen zu erreichen, kann die Dichteverteilung durch Zuführen von sowohl rechtsdrehenden als auch linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen sowie durch kontinuierliches Einstellen bzw. Justieren des Mischungsverhältnisses zwischen den rechts- und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen gesteuert werden. Darüberhinaus ist auch eine kompliziertere Steuerung durch Anbringen eines Wandlers bzw. Umsetzers für die rechts- und linksdrehenden, polarisierten Wellen im Inneren der Bearbeitungskammer möglich.
Der Fall eines nicht-gleichförmigen statischen magnetischen Feldes kann ebenfalls in ähnlicher Weise betrachtet werden. Die rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen werden örtlich an einer Stelle absorbiert, die zum ersten Mal getroffen worden ist und die die Elektronenzyklotron-Resonanzerscheinung zusammen mit der Fortpflanzung der Wellen verursacht, so daß die Wellen substantiell eliminiert werden. Die linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen werden an einer Stelle, die zum ersten Mal getroffen worden ist und die die Elektronenzyklotron-Resonanzerscheinung verursacht, nicht vollstandig absorbiert, sondern in die Bearbeitungskammer diffundiert und auch an anderen Stellen absorbiert. Die Dichteverteilung kann durch Ausnutzen des Unterschiedes zwischen beiden gesteuert werden.
Als Verfahren zur Erzeugung zirkularpolarisierter Wellen kann erwähnt werden, beispielsweise, ein Verfahren der Anbringung einer Phasenschieberplatte in einem Wellenleiterrohr (es wird Bezug genommen beispielsweise auf "Microwave Circuit", verfaßt von Ishii, Azuma, et al., veröffentlicht durch Nikkan Kogyo Shinbun Co., (1969), ein Verfahren der Benutzung einer Wendelantenne (es wird Bezug genommen beispielsweise auf "Radiowave Engineering", verfaßt von Enomoto und Sekiguchi in Modern Electric Technology Lecture, veröffentlicht von Ohm Co.; und es wird Bezug genommen auf die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 62-37900). Bei dem Verfahren des Anbringens der Phasenschieberplatte wird eine Phasenschieberplatte mit einer Länge von λ/4 (λ: Wellenlänge im Rohr) in einem kreisförmigen TE&sub1;&sub1;-Mode-Wellenleiterrohr angebracht, die um 45º, relativ zum elektrischen Feld, schräggestellt ist, wobei zirkularpolarisierte Wellen durch Ausnutzen des Unterschiedes der Phasenkonstanten zwischen den Richtungen vertikal und parallel zur Phasenschieberplatte erzeugt werden. Die gleiche Wirkung kann auch durch Verwenden eines Materials erzielt werden, das Anisotropie aufweist. Beispielsweise kann ein Verfahren erwähnt werden, bei dem ein anisotropes dielektrisches Material verwendet wird (beispielsweise wird Bezug genommen auf "Analysis for Characteristics of Polarized Waves In a Circular Waveguide Tube Containing an Anisotropic Dielectric Material by a Space Circuit Network Method", veröffentlicht in Report Journal of Electronic Information and Communication Society; verfaßt von Koh, Yoshida und Fukai, C-I, Vol J71-C-I, Nr. 8, S.460 - 472). Bei dem Verfahren zur Verwendung der Wendelantenne werden zirkularpolarisierte Wellen durch Fortpflanzen elektromagnetischer Wellen in der Umfangsrichtung einer Spirale mit einer peripheren Länge von etwa 1 Wellenlänge erzeugt.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 und in Fig. 4 dargestellt, wobei Fig. 3 eine CVD-Vorrichtung zeigt, in der eine Phasenschieberplatte 7 zum Steuern der Charakteristik der polarisierten Wellen verwendet wird. In den anderen Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile zu bezeichnen. Eine Bearbeitungskammer 14 wird durch ein Einleitungssystem für ein Bearbeitungsgas und ein Vakuumevakuierungssystem (nicht dargestellt) auf einem vorbestimmten Druck gehalten. Ein statisches magnetisches Feld, das eine magnetische Flußdichte zur Erzeugung einer Elektronenzyklotron-Resonanzerscheinung in der Bearbeitungskammer 14 liefert, wird durch einen Elektromagneten 16 an die Bearbeitungskammer 14 angelegt.
Mikrowellen werden von einer Mikrowellenerzeugungsquelle 1 her durch einen Isolator 2, eine Anpassungseinrichtung 3 und ein quadratisches Wellenleiterrohr 4 übertragen und dann durch einen Modenumsetzer 5 in eine TE&sub1;&sub1;-Mode eines kreisförmigen Wellenleiterrohres 6 umgewandelt. Die Phasenschieberplatte 7, die aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, ist im kreisförmigen Wellenleiterrohr 6 so angebracht, daß sie um die zentrale Achse des Rohres 6 drehbar ist. Das Verhältnis zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in den Mikrowellen wird durch Steuern des Umdrehungswinkels der Phasenschieberplatte 7 gesteuert. Zwischen der Bearbeitungskammer 14 und dem kreisförmigen Wellenleiterrohr 6 ist ein Mikrowelleneinleitungsfenster 15, bestehend aus einem dielektrischen Material mit geringem Mikrowellenverlust, wie etwa Quarz, zum Einleiten von Mikrowellen angeordnet, wobei das Innere der Bearbeitungskammer 14 auf einem geeigneten Druck für die Bearbeitung gehalten wird. Die Fortpflanzungsrichtung der Mikrowellen verläuft im wesentlichen parallel zur Richtung des statischen magnetischen Feldes, das durch den Elektromagneten 16 geliefert wird. Ein Substrat 17, das bearbeitet werden soll, ist gegenüber dem Mikrowelleneinleitungsfenster 15 angeordnet, und Hochfrequenzwellen werden von einer Frequenzversorgungsquelle 18 auf das Substrat 17 gestrahlt.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes der Vorrichtung der Fig. 3 in der Nähe des kreisförmigen Wellenleiterrohres 6. Tragelemente 8 aus dielektrischem Material mit geringem Verlust, beispielsweise Quarz, sind im kreisförmigen Wellenleiterrohr 6 zum Haltern der Phasenschieberplatte 7 angeordnet. Eine Welle 9 ist durch die Mitte der Phasenschieberplatte 7 hindurchgeführt, und eine Kreisscheibe 10 ist an einem Ende der Welle 10 befestigt. Ein Faden 11 ist um die Scheibe 10 gewickelt und durch eine kleine Öffnung 12 aus dem kreisförmigen Wellenleiterrohr 6 herausgeführt. Durch Ziehen des Fadens 11 wird die Scheibe 10 gedreht, wodurch die Einstellung des Winkels der Phasenschieberplatte 7 relativ zu einem elektrischen Feld ermöglicht wird.
Wenn der Winkel der Phasenschieberplatte 7 relativ zum elektrischen Feld 0º beträgt, werden linearpolarisierte Wellen gebildet. Wenn der Winkel 45º beträgt, werden zirkularpolarisierte Wellen gebildet. Eliptisch polarisierte Wellen werden bei einem Winkel zwischen 0º und 45º gebildet. Das heißt, daß das Verhältnis zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen durch Einstellen des Winkels der Phasenschieberplatte 7 relativ zum elektrischen Feld in einem Bereich von 0º bis 45º eingestellt werden kann.
Durch Benutzen der durch die Mikrowellen erzeugten Plasmen können Reaktionen der Bearbeitungsgase gesteigert werden, um die Filmbildungsbearbeitung mit einer hohen Geschwindigkeit zu ermöglichen. Weiter können durch Einstellen der Charakteristika der polarisierten Wellen in den Mikrowellen sowie der elektrischen Energie der Mikrowellen Filme auf dem Substrat 17 gebildet werden, wobei die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung der Plasmen so gesteuert wird, daß sie für die Bildung der Filme optimiert sind.
Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 5 und in Fig. 6 veranschaulicht, wobei Fig. 5 eine CVD-Vorrichtung zur Durchführung der vorliegenden Erfindung zeigt, in der eine Wendelantenne zur Steuerung der Charakteristik der polarisierten Wellen verwendet wird. Diese Ausführungsform besitzt den gleichen allgemeinen Aufbau wie die erste Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß sich ein Teil der Mikrowellenschaltung unterscheidet.
Mikrowellen werden von der Mikrowellenerzeugungsquelle 1 durch den Isolator 2, die Anpassungseinrichtung 3 und das quadratische Wellenleiterrohr 4 an einen Modenumsetzer 19 übertragen. Eine Wendelantenne 20, die eine variable Ganghöhe aufweist, ist im Modenumsetzer 19 angeordnet, der die Erzeugung von zirkularpolarisierten Wellen ermöglicht. Die erzeugten zirkularpolarisierten Wellen werden von einem kreisförmigen Wellenleiterrohr 24 durch das Mikrowelleneinleitungsfenster 15 in die Bearbeitungskammer 14 eingelassen.
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 5 in der Umgebung der Wendelantenne 20. Die Wendelantenne 20 besteht aus einem Metalimaterial mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer. Weiter wird die Wendelantenne 20 durch ein säulenförmiges Spiralentragelement gehalten, das aus einem dielektrischen Material mit geringem Mikrowellenverlust besteht, beispielsweise aus Quarz, und das einen Flansch am oberen Ende aufweist. Das Spiralentragelement 21 ist weiter mit einem ringartigen Element 22 befestigt. Es ist möglich, die gesamte Länge der Wendelantenne 20 einzustellen und die Gangsteigung der Wendelantenne 20 durch Betätigen eines Knopfes 23 einzustellen, der mit dem ringartigen Element 22 verbunden ist, wodurch die Position des ringartigen Elementes 22 parallel zur Achse des Spiralentragelementes 21 verschoben wird. Es ist bekannt, daß zirkularpolarisierte Wellen erzeugt werden können, wenn die Gangsteigung der Wendelantenne 20 etwa 1/10 bis 1/2 der Wellenlänge beträgt (s. beispielsweise "Radiowave Engineering", Modern Electric Engineering Technology Lecture, verfaßt von Enomoto und Sekiguchi, veröffentlicht durch Ohm Co.). Wenn die Ganghöhe der Wendelantenne 20 verringert wird, wird die Windungs- bzw. Leiterzwischenkapazität erhöht, um die elektromagnetische Kopplung zwischen den Leitern zu versfärken, wodurch die Wendelantenne in einer Weise arbeitet, die annähernd derjenigen einer metallischen Säule, relativ zu den Mikrowellen, entspricht. Im Falle, daß die Wendelantenne 20 durch eine metallische Säule ersetzt wird, werden die Mikrowellen als linearpolarisierte Wellen ausgebildet. Da die Gangsteigung der Wendelantenne 20 verringert wird, werden unter diesen Umständen die Mikrowellen in Form von zirkularpolarisierten Wellen in linearpolarisierte Wellen verändert, wodurch eine Steuerung der Charakteristik der polarisierten Wellen durch Betätigen des Knopfes 23 ermöglicht wird, so daß das Mischungsverhältnis der rechtsdrehenden und der linksdrehenden zirkularpolarisierten Wellen gesteuert wird. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Qualität der Filme, die auf dem zu bearbeitenden Substrat 17 auszubilden sind, durch Steuern der Elektronentemperatur und der Dichteverteilung der Plasmen gesteigert werden, wie bei der ersten Ausführungsform.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt, die eine CVD-Vorrichtung mit einem Aufbau wie in Fig. 3 zeigt, und die zusätzlich eine anisotrope dielektrische Platte 24 zum Umwandeln linksdrehender, zirkularpolarisierter Wellen in rechtsdrehende, zirkularpolarisierte Wellen verwendet und um das Substrat 17 herum angeordnet ist, das bearbeitet werden soll.
Von den Mikrowellen, die durch das Mikrowelleneinleitungsfenster 15 in die Bearbeitungskammer 14 eingeführt werden, werden rechtsdrehende, zirkularpolarisierte Wellen mit hoher Dämpfung in den Plasmen in der Nähe des Mikrowelleneinleitungsfenster 15 absorbiert, um die Plasmadichte in der Nähe desselben zu steigern. Andererseits werden linksdrehende, zirkularpolarisierte Wellen mit geringer Dämpfung in die Umgebung der anisotropen dielektrischen Platte 24 ausgebreitet. In diesem Falle werden die linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in rechtsdrehende, zirkularpolarisierte Wellen umgewandelt, was zur Steigerung der Plasmadichte in der Nähe des Substrats 17 beiträgt.
Durch Steuern des Verhältnisses zwischen den rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen und den linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in den in die Bearbeitungskammer 14 eingebrachten Mikrowellen kann die Menge des in der Nahe des Mikrowelleneinleitungsfensters 15 und der anisotropen dielektrischen Platte 24 erzeugten Plasmen gesteuert werden, um so die Verteilung der Plasmadichte in der Bearbeitungskammer 14 zu steuern. Auch bei diesem Beispiel kann die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung der Plasmen so gesteuert werden, daß sie für die Bildung von Filmen in einer Weise optimiert werden, die derjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform ähnlich ist.
Darüberhinaus können auch andere Umwandlungsvorrichtungen, wie etwa eine Wendelantenne, zum Umsetzen der linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen in die rechtsdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen anstelle der anisotropen dielektrischen Platte 24 verwendet werden.
Obwohl die obige Beschreibung der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform auf die Verwendung der CVD-Vorrichtung als Beispiel der vorliegenden Erfindung gerichtet worden ist, kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Plasmabearbeitungsvorrichtungen angewandt werden, wie etwa bei einer Ätzvorrichtung, einer Veraschungsvorrichtung und einer Bestäubungsvorrichtung.
Da Plasmaparameter, wie etwa die Elektronentemperatur und die Dichteverteilung, von Plasmen bei der Plasmabearbeitung durch Steuern des Mischungsverhältnisses der rechtsdrehenden und der linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen gesteuert werden können, um für die Plasmabearbeitung optimierte Plasmen zu erhalten, kann die Plasmabearbeitung mit hoher Qualität durchgeführt werden.
Wenngleich wir mehrere Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben haben, ist die Erfindung nicht auf dieselben beschränkt, sondern wird durch den Umfang der beigefügten Ansprüche bestimmt.

Claims

1. Ein Plasmabearbeitungsverfahren, das folgende Schritte aufweist:

Erzeugen von Mikrowellen, die mindestens erste und zweite unterschiedlich polarisierte Wellen aufweisen, entlang einer ersten Richtung;

Erzeugen eines statischen magnetischen Feldes im wesentlichen parallel zu der genannten ersten Richtung der genannten Mikrowellen; und Einstellen eines Mischungsverhältnisses der genannten ersten polarisierten Wellen und der genannten zweiten polarisierten Wellen zum Variieren der räumlichen Verteilung der Plasmaerzeugung, was die Steuerung mindestens eines der Parameter, nämlich der Elektronentemperatur und der Dichteverteilung, des Plasmas ermöglicht.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabearbeitung eine CVD-Plasmabearbeitung ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung von Mikrowellen das Bereitstellen rechtsdrehender, zirkularpolarisierter Wellen und linksdrehender, zirkularpolarisieren der Wellen jeweils entsprechend als die ersten und zweiten unterschied lich polarisierten Wellen umfaßt, und daß der Schritt des Einstellens eines Mischungsverhlältnisses die Benutzung mindestens eines Elementes (7; 20; 24) umfaßt, die in irgendeinem einleitenden Teil (2, 3, 4, 5, 6; 2, 3, 4, 19) zum Einleiten von Mikrowellen in eine Bearbeitungskammer (14) angeordnet sind.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente (7; 20; 24) eine drehbare Phasenschieberplatte (7) aufweist, die in einem kreisförmigen Wellenleiterrohr (6) des einleitenden Teils (2, 3, 4, 5, 6) angeordnet ist, und daß der Schritt des Einstellens eines Mischungsverhältnisses das Positionieren des Umdrehungswinkels der genannten Phasenschieberplatte (7) relativ zu einer zentralen Achse des kreisförmigen Wellenleiterrohres (6) umfäßt.

5. Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens eines der Elemente (7; 20; 24) eine spiralenförmige Antenne (20), die eine variable Ganghöhe besitzt, angeordnet in dem genannten einleitenden Teil (2, 3, 4, 19) aufweist, und daß der Schritt des Einstellens eines Mischungsverhältnisses das Variieren der Ganghöhe der genannten spiralenförmigen Antenne (20) umfaßt.

6. Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente (7; 20; 24) ein anisotropes Medium (24) umfaßt, das entweder in einem Wellenleiterkanal des genannten einleitenden Teils (2, 3, 4, 5, 6) oder in der genannten Bearbeitungs kammer (14) angeordnet ist.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das anisotrope Medium (24) eine anisotrope dielektrische Platte ist, die in der Bearbeitungskammer (14) um ein zu bearbeitendes Substrat (17) herum angeordnet ist.

8. Plasmabearbeitungsvorrichtung, aufweisend:

eine Bearbeitungskammer (14);

Einrichtungen (1, 2, 3, 4) zum Erzeugen von Mikrowellen entlang einer ersten Richtung;

eine Einrichtung (16) zum Erzeugen eines statischen magnetischen Feldes im wesentlichen parallel zu der genannten ersten Richtung der genannten Mikrowellen;

dadurch gekenzeichnet,daß

die genannte Mikrowellenerzeugungseinrichtung Einrichtungen (7; 20; 24) zum Bereitstellen mindestens erster und zweiter unterschiedlich polarisierter Wellen aufweist; und

die genannte Vorrichtung weiter Einrichtungen (10, 11; 23) zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses der genannten ersten und zweiten polarisierten Wellen zum Variieren der räumlichen Verteilung der Plasmaerzeugung aufweist, was die Steuerung mindestens eines der Parameter, nämlich der Elekronentemperatur und der Dichteverteilung, des genannten Plasmas ermöglicht.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, weiter gekennzeichnet durch einen Mikrowelleneinleitungsteil (2, 3, 4, 5, 6; 2, 3, 4, 19), wobei der Mikrowelleneinleitungsteil das Einleiten von Mikrowellen in die genannte Bearbeitungskammer (14) ermöglicht.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenerzeugungseinrichtungen (1, 2, 3, 4) Einrichtungen (7; 20; 24) zum Bereitstellen von rechtsdrehenden und linksdrehenden, zirkularpolarisierten Wellen jeweils entsprechend als die ersten und zweiten unterschiedlich polarisierten Wellen umfassen, einschließlich mindestens eines der Elemente (7; 20; 24), das entweder in dem genannten Mikrowelleneinleitungsteil (2, 3, 4, 5, 6; 2, 3, 4, 19) oder in der genannten Bearbeitungskammer (14) angeordnet ist.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente (7; 20; 24) eine drehbare Phasenschieberplatte (7) umfaßt, die in einem kreisförmigen Wellenleiterrohr (6) des genannten einleitenden Teils angeordnet ist, und daß die genannten Einstelleinrichtungen (10, 11 23) Einrichtungen (10, 11) zum Positionieren des Umdrehungswinkels der genannten Phasenschieberplatte relativ zur zentralen Achse des genannten kreisförmigen Wellenleiterrohres (6) umfassen.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente (7; 20; 24) eine spiralenförmige Antenne (20), die eine variable Ganghöhe besitzt, angeordnet im einleitenden Teil, umfäßt, und daß die Einstelleinrichtungen (10, 11; 23) eine Einrichtung (23) zum Variieren der Ganghöhe der genannten schraubenförmigen Antenne (20) umfassen.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente (7; 20; 24) ein anisotropes Medium (24) umfaßt, das entweder in einem Wellenleiterkanal des genannten einleitenden Teils oder in der genannten Bearbeitungskammer (14) angeordnet ist.

14. Die Bearbeitungskammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das anisotrope Medium eine anisotrope dielektrische Platte (24) ist, die in der genannten Bearbeitungskammer (14) um ein zu bearbeitendes Substrat (17) herum angeordnet ist.

15. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine CVD-Plasmabearbeitung ermöglicht.