-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln eines Substrats mittels eines Plasmas.
-
In unterschiedlichen technischen Gebieten ist es bekannt, Substrate mittels eines Plasmas zu behandeln. Insbesondere in der Halbleitertechnologie ist es bekannt mittels eines Plasmas eine Oberfläche eines Substrats zu ätzen oder bei einem Schichtaufbau durch eine z. B. plasmaunterstützten Oxidation ein SiOxNy Fim zu wachsen oder eine Abscheidung aus der Dampfphase mittels eines Plasmas zu unterstützen (PECVD = Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).
-
Die für die Behandlung von Substraten eingesetzten Plasmaeinheiten besitzen jeweils eine wesentlich höhere Zündleistung, als eine Leistung die zur Aufrechterhaltung eines einmal gezündeten Plasmas erforderlich ist. Mithin muss eine entsprechende Plasmaeinheit zum anfänglichen Zünden eines Plasmas mit einer hohen Leistung gespeist werden, die anschließend auf ein Niveau reduziert wird, mit dem das Plasma für die Behandlung des Substrats gespeist wird.
-
Dabei ergibt sich das Problem, das sich bei der Zündung des Plasmas eine Plasma-Druckwelle mit hoher Energie ergeben kann. Darüber hinaus liegen unmittelbar nach der Zündung sehr hohe Energien der Plasmateilchen vor, was zu einer Schädigung der zu behandelnden Substratoberfläche führen kann. Darüber hinaus stellt sich bei einem einem SiOxNy Filmwachstum oder PECVD-Verfahren zunächst eine sehr hohe Wachstumsrate ein, die mit der eingespeisten hohen Zündleistung in Korrelation steht. Eine solche hohe Wachstumsrate führt jedoch zu einer nicht optimalen Schichtzusammensetzung und einem nicht optimalen Schichtaufbau, wie es auch schon von Eisele, A. Ludsteck, J. Schulze, Z. Nenyei in 10th IEEE International Conference an Advanced Thermal Processing of Semiconductors – RTP2002, Vancouver, Canada, ISBN 0-7803-7465-7, (2002), Seiten 11–1, beschrieben wurde.
-
Eine Möglichkeit, die Auswirkungen dieses Effekts auf das Substrat zu minimieren, ist eine Abstandsvariation zwischen der Plasmaeinheit und dem zu behandelnden Substrat, sodass ein Plasma zunächst bei großem Abstand gezündet wird und anschließend, nachdem die Plasmaleistung auf ein niedrigeres Behandlungsniveau eingestellt wurde, der Abstand verringert wird, wie es in der nicht veröffentlichten
DE 2009060230.5 beschrieben ist. Hierzu ist jedoch ein entsprechender apparativer Aufbau notwendig, um die Abstandseinstellung zu ermöglichen.
-
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, negative Einflüsse, die bei der Zündung eines Plasmas auf ein Substrat entstehen können, zu verhindern, oder zumindest zu verringern.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Insbesondere wird bei dem Verfahren ein Plasma über eine Vielzahl von Plasmaeinheiten erzeugt, wobei zunächst in wenigstens eine erste Plasmaeinheit, eine Zündleistung eingespeist wird, um benachbart hierzu in einem ersten Plasmabereich ein Plasma zu erzeugen. Anschließend oder auch gleichzeitig hierzu wird in wenigstens einer zweiten Plasmaeinheit eine Leistung eingespeist, die wesentlich kleiner ist als die Zündleistung der zweiten Plasmaeinheit, die aber ausreicht, um ein einmal gezündetes Plasma benachbart zur zweiten Plasmaeinheit aufrecht zu erhalten, wobei die zweite Plasmaeinheit derart benachbart zur ersten Plasmaeinheit liegt, das der erste Plasmabereich einen Abstrahlbereich der zweiten Plasmaeinheit überlappt. Mittels des schon gezündeten Plasmas im ersten Plasmabereich und der in die zweite Plasmaeinheit eingespeisten Leistung wird nun ein Plasma im Plasmabereich der zweiten Plasmaeinheit gezündet. Die zweite Plasmaeinheit kann somit mit einer Leistungseinspeisung gezündet werden, die weit unter ihrer eigentlichen Zündleistung liegt, da sich im Abstrahlbereich der zweiten Plasmaeinheit schon ein Plasma, nämlich das der ersten Plasmaeinheit ausgebildet hat. Somit entstehen bei der Zündung der zweiten Plasmaeinheit keine hochenergetischen Plasmakomponenten, und auch keine entsprechende Druckwelle, wie sie ansonsten entstehen würden, wenn die zweite Plasmaeinheit mit ihrer Zündleistung gespeist worden wäre. Die Angabe, wonach die in die zweite Plasmaeinheit eingespeiste Leistung wesentlich kleiner ist als deren Zündleistung, soll den Fall umfassen, bei dem die eingespeiste Leistung maximal 70% der Zündleistung beträgt. Vorzugsweise sollte die eingespeiste Leistung maximal 50% der Zündleistung betragen und insbesondere sollte die eingespeiste Leistung kleiner gleich 20%, oder gar kleiner gleich 10% der Zündleistung der zweiten Plasmaeinheit betragen. Hierdurch ergibt sich eine sanfte Zündung des Plasmas zur Behandlung des Substrats.
-
Vorzugsweise wird in wenigstens einer weiteren Plasmaeinheit eine Leistung eingespeist, die wesentlich kleiner ist als die Zündleistung der weiteren Plasmaeinheit, die aber ausreicht, um ein einmal gezündetes Plasma benachbart zur weiteren Plasmaeinheit aufrechtzuerhalten, wobei die weitere Plasmaeinheit derart benachbart zur ersten oder zweiten Plasmaeinheit liegt, das deren Plasmabereich einen Abstrahlbereich der weiteren Plasmaeinheit überlappt. Hierdurch wird ein Plasma im Plasmabereich der weiteren Plasmaeinheit mittels des gezündeten Plasmas im Plasmabereich der ersten oder zweiten Plasmaeinheit und der in die weitere Plasmaeinheit eingespeisten Leistung gezündet. Hierdurch kann das Plasma weiter ausgedehnt werden, bis das gesamte Substrat mit Plasma abgedeckt wird. Hochenergetische Plasmakomponenten entstehen wenn überhaupt nur beim Zünden der ersten Plasmaeinheit, und alle nachfolgenden Plasmaeinheiten können mit einer wesentlich geringeren Leistung gezündet werden, da jeweils benachbart hierzu ein gezündetes Plasma vorgesehen ist, das den entsprechenden Abstrahlbereich der Plasmaeinheit überlappt.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vielzahl von Plasmaeinheiten sequentiell in der obigen Art und Weise von einer Seite des zu behandelnden Substrats zur gegenüberliegenden Seite hin gezündet. Hierdurch kann eine gerichtete Druckwelle über das Substrat hinweg erzeugt werden, um gegebenenfalls Verunreinigungen hiervon zu lösen und abzutransportieren. Dabei sei bemerkt, dass die Druckwelle gegenüber einer normalen Zünddruckwelle wesentlich kleiner ist. In ähnlicher Weise ist es auch möglich, dass eine Vielzahl von Plasmaeinheiten beispielsweise sequentiell von der Mitte des zu behandelnden Substrats in entgegengesetzte Richtungen zum Rand des Substrats in der obigen Weise gezündet wird. Hierdurch würden zwei in entgegengesetzte Richtungen laufende Druckwellen erzeugt.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt wenigstens eine erste Plasmaeinheit außerhalb eines Projektionsbereichs des zu behandelnden Substrats. Hierdurch können Auswirkungen der ersten Zündung auf die Oberfläche des Substrats verhindert oder zumindest verringert werden. Dies kann gegebenenfalls auch dadurch erreicht werden, dass die wenigstens eine erste Plasmaeinheit weiter von der zu behandelnden Oberfläche des Substrats entfernt ist als eine zweite oder weitere Plasmaeinheit.
-
Um Auswirkungen der ersten Zündung auf die Oberfläche des Substrats zu verringern ist es auch möglich, dass die erste Plasmaeinheit eine Zündleistung besitzt, die wesentlich kleiner ist als die Zündleistung der wenigstens einen zweiten oder weiteren Plasmaeinheiten. Die erste Plasmaeinheit kann somit als designierte Zündeinheit angesehen werden, die hinsichtlich ihrer Leistung kleiner ausgebildet sein kann als die eigentlichen für die Behandlung eingesetzten Plasmaeinheiten. Als wesentlich kleinere Zündleistung wird eine Zündleistung der ersten Plasmaeinheit angesehen, die maximal 70% der Zündleistung der wenigstens einen zweiten oder weiteren Plasmaeinheiten, vorzugsweise maximal 50% und insbesondere weniger als 20%, oder gar kleiner gleich 10% der Zündleistung der wenigstens einen zweiten oder weiteren Plasmaeinheiten aufweist.
-
Bei einer Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der Plasmaeinheiten während der Behandlung eines Substrats gepulst betrieben, wobei jeweils für eine erneute Zündung eines Plasmas im jeweiligen Plasmabereich einer gepulsteten Plasmaeinheit diese mit einer Leistung beaufschlagt wird, die wesentlich kleiner ist als die Zündleistung der entsprechenden Plasmaeinheit, die aber ausreicht, ein einmal gezündetes Plasma benachbart zur Plasmaeinheit aufrechtzuerhalten, wobei die Zündung jeweils über ein bestehendes benachbartes Plasma und die jeweils eingespeiste Leistung erfolgt. Das Pulsen der Plasmaeinheit sorgt unter anderem für eine raschere Erfrischung der reaktiven Spezies. Durch die spezielle Zündung mit einer geringeren Leistung als der Zündleistung kann die durchschnittliche Leistung während des Plasmabetriebs wesentlich verringern, und ermöglicht darüber hinaus ein schnelleres Pulsen des Plasmas. Bei dem gepulsteten Betrieb wenigstens eines Teils der Plasmaeinheiten ist es möglich wenigstens eine Plasmaeinheit insbesondere die wenigstens eine erste Plasmaeinheit kontinuierlich zu betreiben, sodass jeweils ein Plasma besteht, an dem sich die anderen Plasmaeinheiten entzünden können. Insbesondere ist es möglich, die erste Plasmaeinheit so anzuordnen, dass sich deren Plasmabereich über die Abstrahlbereiche aller anderen Plasmaeinheiten erstreckt, sodass diese auch ein im Wesentlichen gleichzeitiges Zünden aller anderen Plasmaeinheiten ermöglicht. Natürlich ist es auch möglich mehrere Plasmaeinheiten vorzusehen, um unterschiedliche Zündvorgänge vorsehen zu können.
-
Bei der Vorrichtung zum Behandeln eines Substrats mittels eines Plasmas ist eine Vielzahl von benachbarten Plasmaeinheiten zum jeweiligen Erzeugen eines Plasmas in einem Plasmabereich der Plasmaeinheiten vorgesehen, wobei die Plasmaeinheiten so angeordnet sind, dass der Plasmabereich wenigstens einer ersten Plasmaeinheit einen Abstrahlbereich wenigstens einer zweiten Plasmaeinheit überlappt. Ferner ist eine Steueranordnung vorgesehen, die geeignet ist, wenigstens die ersten und zweiten Plasmaeinheiten unabhängig voneinander anzusteuern. Eine solche Vorrichtung ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens wie oben beschrieben mit den damit verbundenen Vorteilen. Die Steuereinheit kann aber auch jede einzelne Plasmaeinheit unabhängig von den anderen so steuern werden, dass sich neben einer räumlichen auch eine zeitliche Verzögerung ergibt.
-
Vorzugsweise weist die wenigstens eine erste Plasmaeinheit eine Zündleistung auf, die wesentlich kleiner ist als die Zündleistung der wenigstens einen zweiten Plasmaeinheit, wodurch bei einer Zündung eines Plasmas im Bereich der ersten Plasmaeinheit die Erzeugung hochenergetischer Plasmakomponenten reduziert werden kann. Vorzugsweise ist die eine erste Plasmaeinheit außerhalb eines Projektionsbereichs des zu behandelnden Substrats angeordnet. Sie kann zusätzlich oder alternativ aber auch weiter von der behandelnden Oberfläche des Substrats entfernt sein als die wenigstens eine zweite Plasmaeinheit.
-
Vorzugsweise ist eine Vielzahl von zweiten Plasmaeinheiten vorgesehen, die benachbart derart angeordnet sind, dass ein jeweiliger Plasmabereich einer zweiten Plasmaeinheit einen Abstrahlbereich einer benachbarten zweiten Plasmaeinheit überlappt. Hierdurch ist eine sequentielle Zündung benachbarter zweiter Plasmaeinheiten möglich. Insbesondere überlappen sich die Plasmabereiche von wenigstens zwei benachbarten Plasmaeinheiten, um ein einheitlicheres Gesamtplasma erzeugen zu können.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Plasma-Behandlungsvorrichtung;
-
2 eine schematische Querschnittsansicht der Plasma-Behandlungsvorrichtung gemäß 1 mit einer um 90 Grad gedrehten Schnittebene;
-
3 eine schematische Ansicht von unten auf eine Anordnung von Plasmaeinheiten, die in der Anordnung gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann;
-
4 eine schematische Ansicht von unten auf eine alternative Anordnung von Plasmaeinheiten, die in der Vorrichtung gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden könnte;
-
5 eine schematische Draufsicht auf unterschiedliche Anordnungsbeispiele für Plasmaeinheiten, die in der Vorrichtung gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden könnte.
-
In der nachfolgenden Beschreibungen verwendete Orts- bzw. Richtungsangaben beziehen sich primär auf die Darstellung in den Zeichnungen und sollten daher nicht einschränkend gesehen werden. Sie können sich aber auch auf eine bevorzugte Endanordnung beziehen.
-
Die 1 und 2 zeigen jeweils um 90 Grad gedrehte Querschnittsansichten durch eine Plasma-Behandlungsvorrichtung 1 zur Behandlung von flächigen Substraten 2. Die Substrate 2 können dabei insbesondere Halbleitersubstrate sein, deren Oberfläche mittels eines Plasmas geätzt wird oder auf deren Oberfläche ein Schichtwachstum durchgeführt wird. Die Plasma-Behandlungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 3, das im Inneren eine Prozesskammer 4 definiert, einer Substrataufnahmeeinheit 7, einer Heizanordnung 8 sowie einer Plasmaanordnung 9.
-
Das Gehäuse 3 kann irgendeines geeigneten Typs sein, der eine Prozesskammer 4 im Inneren definiert, in der über gewünschte, nicht näher dargestellte Zu- und Ableitungen vorbestimmte Prozessbedingungen hinsichtlich einer Gaszusammensetzung und Gasdrücken einstellen lässt. In einer Seitenwand des Gehäuses 3 ist eine Be-Entladeöffnung 12 vorgesehen, die über ein bewegliches Türelement 13 verschlossen und geöffnet werden kann.
-
Ferner besitzt das Gehäuse 3 in gegenüberliegenden Seitenwänden eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 14 zur Aufnahme von Quarzrohren 16, die wiederum zur Aufnahme von Heizeinheiten oder Plasmaeinheiten dienen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Bohrungen 14 sind jeweils paarweise in gegenüberliegenden Seitenwänden derart ausgebildet, dass sich ein Quarzrohr 14 durch die Prozesskammer 4 hindurch erstrecken kann, und zwar senkrecht zu den die Bohrungen 14 aufweisenden Seitenwänden. In einem unteren Bereich der Prozesskammer 14 sind acht solcher Paare von Bohrungen 14 mit der entsprechenden darin aufgenommenen Quarzrohren 16 vorgesehen. In einem oberen Bereich sind insgesamt zehn Paare von. Bohrungen 14 in den gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 3 ausgebildet. Dabei liegen neun dieser Paare auf einer Linie, während ein weiteres Paar hierzu nach unten, d. h. zur Mitte der Prozesskammer hin versetzt ist. Auch in diesen Bohrungen sind jeweils Quarzrohre 16 aufgenommen.
-
An einer oberen Wand des Gehäuses 3 ist an der Innenseite, d. h. innerhalb der Prozesskammer 4 ein Abdeckelement 18 vorgesehen, um die Gehäuseinnenwand gegenüber einem durch die Plasmaanordnung 9 erzeugten Plasma zu schützen.
-
Im Boden des Gehäuses 3 ist eine Durchführöffnung für eine Tragwelle 20 der Substrathalteanordnung 7 vorgesehen. Die Substrathalteanordnung besteht im Wesentlichen aus einer sich vertikal erstreckenden Tragwelle 20, einer sich horizontal erstreckenden Tragplatte 21 sowie Auflageelementen 22. Die Tragwelle 20 erstreckt sich durch den Boden des Gehäuses 3 und kann außerhalb des Gehäuses 3 zum Beispiel mit einem Antriebsmotor verbunden sein, um die Tragwelle um ihre Längsachse zu drehen und/oder in Vertikalrichtung zu verschieben. Um eine gasdichte Durchführung der Tragwelle 20 durch das Gehäuse 3 zu ermöglichen, können entsprechende Abdichtmechanismen, wie beispielsweise ein Balgenmechanismus im Bereich der Durchführung vorgesehen sein. Die Tragwelle 20 kann beispielsweise aus einem für elektromagnetische Strahlung der Heizanordnung 8 im Wesentlichen transparenten Material, wie beispielsweise Quarz, aufgebaut sein. Alternativ könnte die Tragwelle 20 jedoch auch eine hoch reflektierende Oberfläche aufweisen.
-
Die Tragwelle 20 trägt an ihrem oberen Ende die Tragplatte 21, die über die Tragwelle sowohl in Vertikalrichtung höhenverstellbar ist, als auch um eine Längsachse der Tragwelle 20 drehbar ist. Die Tragplatte 21 ist vorzugsweise aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Heizanordnung 8 im Wesentlichen transparenten Material aufgebaut. Auf einer Oberseite der Tragplatte 21 ist eine Vielzahl der Auflageelemente 22 vorgesehen, die wiederum aus einem vorzugsweise für die Strahlung der Heizanordnung 8 transparenten Material aufgebaut ist. Die Auflageelemente 22 sind als konisch spitz zulaufende Kegel dargestellt, auf deren Spitze das Substrat 2 aufliegt. Die Auflageelemente 22 halten das Substrat 2 über einen gewissen Abstand beabstandet zur Tragplatte 21. Die Substrat-Halteanordnung könnte insgesamt auch anders aufgebaut sein. Insbesondere könnte die Tragplatte als sogenannter Suszeptor aufgebaut sein, der eine Projektionsfläche entsprechend dem Substrat 2 aufweist, und die elektromagnetische Strahlung der Heizanordnung 8 absorbiert, um selbst aufgeheizt zu werden und darüber das Substrat 2 zu heizen.
-
Die Heizanordnung 8 besteht im Wesentlichen aus acht Heizlampen 24, die in den acht Quarzrohren 16 im unteren Bereich der Prozesskammer 4 angeordnet sind. Die Heizlampen 24 sind als Stablampen ausgebildet, die sich im Wesentlichen vollständig durch die Prozesskammer 4 hindurch erstrecken. Die Heizlampen 24 können irgendeines beliebigen Typs sein, der für eine Aufheizung des Substrats 2 mittels elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wie beispielsweise Wolfram-Halogenlampen. Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, können die Quarzrohre 16 mit einem Kühlmedium, wie beispielsweise Luft durchströmt werden, um die Quarzrohre 16 und die Heizlampen 24 während des Betriebs zu kühlen. Natürlich kann auch eine andere Heizanordnung eingesetzt werden, wie zum Beispiel eine Widerstandsheizanordung, die zum Beispiel in der Tragplatte integriert sein.
-
Es ist jedoch ein alternativer Aufbau der Heizanordnung 8 denkbar, bei dem beispielsweise eine Anordnung von Heizlampen 24 über eine Quarzplatte gegenüber einem Prozessraum für das Substrat 2 getrennt ist, wie es in der Technik bekannt ist.
-
Die Plasmaanordnung 9 besteht im Wesentlichen aus einer ersten stabförmigen Plasmaeinheit 27, sowie einer Vielzahl von zweiten stabförmigen Plasmaeinheiten 28. Die ersten und zweiten Plasmaeinheiten 27, 28 sind jeweils in entsprechenden Quarzröhren 16 aufgenommen, die sich im oberen Bereich der Prozesskammer 4 durch diese hindurch erstrecken. Während die zweiten Plasmaeinheiten 28 in den in einer Reihe liegenden Quarzröhren 16 aufgenommen sind, ist die Plasmaeinheit 27 in dem leicht nach unten versetzten Quarzrohr 16 angeordnet (siehe rechtes äußeres Quarzrohr 16 in 2).
-
Die Plasmaeinheiten
27 und
28 können jeweils im Wesentlichen denselben Grundaufbau besitzen, wie er beispielsweise in der
DE 10 2008 036 766 A1 beschrieben ist. Dabei besitzen die Plasmaeinheiten jeweils einen Hohlleiter
30 sowie einen Innenleiter
31. Der Hohlleiter
30 besitzt, wie in der Ansicht von unten gemäß
3 zu erkennen ist, einen Abschnitt, in dem er den Innenleiter
31 vollständig umgibt, sowie einen daran anschließenden geschlitzten Bereich, in dem der Innenleiter allmählich freigelegt wird, bis ein freies Ende des Innenleiters ganz frei liegt. Die Plasmaeinheiten
27 und
28 sind jeweils des Typs, der von einer Seite (rechts, siehe
1) mit Energie beaufschlagt wird. Am freien Ende des Innenleiters
31 der ersten Plasmaeinheit
27 ist ferner ein Resonator
32 (siehe
3) vorgesehen, um eine Zündung eines Plasmas im Bereich der ersten Plasmaeinheit zu fördern.
-
Für den genauen Aufbau der Plasmaeinheiten wird auf die
DE 10 2008 036 766 A1 hingewiesen, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
-
Wie in der Darstellung gemäß den 2 und 3 zu erkennen ist, ist die erste Plasmaeinheit 27 kleiner dargestellt, als die zweiten Plasmaeinheiten 28. Hierdurch soll angedeutet werden, dass die erste Plasmaeinheit 27 eine geringere Leistung, insbesondere eine geringere Zündleistung aufweisen kann, als die zweiten Plasmaeinheiten 28. Alternativ ist es allerdings auch möglich, die erste Plasmaeinheit 27 in derselben Art und Weise auszubilden, wie die zweiten Plasmaeinheiten 28. Eine gesonderte Ausführung in der oben beschriebenen Art ist dann von Vorteil, wenn die erste Plasmaeinheit 27 als designierte Zündeinheit eingesetzt wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
-
In den 1 und 2 ist jeweils ein Plasmabereich der jeweiligen Plasmaeinheiten 27 und 28 in Form einer die jeweilige Plasmaeinheit umgebende gestrichelten Linie angedeutet. Hierdurch soll ein üblicher Ausdehnungsbereich eines Plasmas, das durch eine entsprechende Plasmaeinheit 27, 28 erzeugt wird, angedeutet werden. Ein tatsächlicher Abstrahlungsbereich der Plasmaeinheiten vor einer Zündung eines Plasmas kann weiter gehen, als der dargestellte Plasmabereich, wie der Fachmann erkennen kann.
-
Die Plasmaeinheiten 27 und 28 sind individuell und/oder gruppenweise ansteuerbar. Insbesondere sind sie hinsichtlich der eingespeisten Leistung und der zeitlichen Ansteuerung individuell und/oder gruppenweise ansteuerbar. Dies gilt insbesondere für die erste Plasmaeinheit 27. Für diesen Zweck ist eine nicht näher dargestellte Steuereinheit, die in entsprechender Weise mit den Plasmaeinheiten verbunden ist vorgesehen.
-
Die 4 zeigt eine alternative Anordnung der Plasmaeinheiten 27 und 28, wobei die zweiten Plasmaeinheiten 28 in der gleichen Art und Weise angeordnet sind, wie in 3 dargestellt ist. Jedoch erstreckt sich die zweite Plasmaeinheit 27 unterhalb und quer zu den ersten Plasmaeinheiten 28. Dabei ist die erste Plasmaeinheit so angeordnet, dass ein durch sie erzeugtes Plasma in einen Abstrahlbereich aller zweiter Plasmaeinheiten 28, wenn diese mit Leistung beaufschlagt werden, liegt. Dabei ist beiden Ausführungsformen gemäß den 3 und 4 gleich, dass die erste Plasmaeinheit 27 außerhalb eines Projektionsbereichs eines zu behandelnden Substrats liegt, der durch die gestrichelte Linie in den 3 und 4 angedeutet ist.
-
Die 5 zeigt weitere Anordnungsbeispiele der ersten Plasmaeinheit 27 relativ zu zweiten Plasmaeinheiten 28, die wiederum genauso angeordnet sein können, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Die ersten Plasmaeinheiten 27 sind zur Verbesserung der Darstellung in 5 schraffiert dargestellt. Der gepunktete Kreis in 5 stellt wiederum eine Projektionsfläche eines zu behandelnden Substrats dar.
-
Bei 27a ist eine Anordnung der ersten Plasmaeinheit gezeigt, die im Wesentlichen der Anordnung gemäß 3 entspricht, d. h. die erste Plasmaeinheit erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu den zweiten Plasmaeinheiten 28 und liegt benachbart zu einer außen liegenden zweiten Plasmaeinheit 28.
-
Bei 27b ist die Anordnung gemäß 4 dargestellt, bei der sich die erste Plasmaeinheit senkrecht zu den zweiten Plasmaeinheiten 28 erstreckt und ein Plasmabereich der ersten Plasmaeinheit den Plasmabereich aller zweiten Plasmaeinheiten überdeckt.
-
Bei 27c ist die Anordnung einer ersten Plasmaeinheit dargestellt, die sich wiederum im Wesentlichen parallel zu den zweiten Plasmaeinheiten 28 erstreckt, jedoch kürzer ausgebildet ist und darüber hinaus zwischen zwei benachbarten Plasmaeinheiten 28 angeordnet ist. Die ersten Plasmaeinheiten können dabei insbesondere auch oberhalb der ersten Plasmaeinheiten angeordnet sein, solange ihr Plasmabereich einen Abstrahlbereich der benachbarten zweiten Plasmaeinheiten 28 überlappt.
-
Bei 27d ist wiederum eine erste Plasmaeinheit dargestellt, die sich senkrecht zur Blattebene zwischen zwei benachbarten zweiten Plasmaeinheiten 28 erstreckt.
-
Die ersten und zweiten Plasmaeinheiten 27, 28 können eines unterschiedlichen Grundtyps sein und insbesondere können sie unterschiedliche Zündleistungen aufweisen. Insbesondere kann die erste Plasmaeinheit 27 eine wesentlich geringere Zündleistung aufweisen, als die Zündleistung der zweiten Plasmaeinheiten 28. Als wesentlich kleiner wird hier eine Zündleistung von maximal 70% der Zündleistung der zweiten Plasmaeinheiten, vorzugsweise von maximal 50% der Zündleistung der zweiten Plasmaeinheiten angesehen.
-
Bevorzugt sollte die Zündleistung der ersten Plasmaeinheit 27 maximal 20% oder gar kleiner gleich 10% der Zündleistung der zweiten Plasmaeinheiten 28 aufweisen.
-
Bei den unterschiedlichen Darstellungen sind die ersten Plasmaeinheiten jeweils so dargestellt, dass sie einen Projektionsbereich des Substrats 2 nicht überlappen. Obwohl dies vorteilhaft sein kann, um Zündeffekte auf einer Substratoberfläche zu minimieren, ist es auch möglich eine solche Überlappung zuzulassen. Dabei kann es von Vorteil sein, die erste Plasmaeinheit weiter beabstandet zum Substrat vorzusehen, als die zweiten Plasmaeinheiten. Je nach tatsächlicher Zündleistung der ersten Plasmaeinheit 27 ist dies aber nicht unbedingt notwendig, insbesondere dann nicht, wenn die Zündleistung der ersten Plasmaeinheit in einem Leistungsbereich liegt, in dem die zweiten Plasmaeinheiten ein Plasma für eine Behandlung des Substrats 2 erzeugen.
-
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist jeweils eine erste Plasmaeinheit 27 beschrieben worden, die sich hinsichtlich ihrer Anordnung, Größe und sonstigem von zweiten Plasmaeinheiten unterscheidet. Es ist jedoch auch möglich, auf eine solche gesonderte erste Plasmaeinheit 27 vollständig zu verzichten, und nur die Anordnung von zweiten Plasmaeinheiten 28 vorzusehen, sofern diese individuell und oder gruppenweise ansteuerbar sind.
-
Nachfolgend wird der Betrieb der Vorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
-
Zunächst wird ein zu behandelndes Substrat in die Prozesskammer 4 geladen und in einer Position gehalten und, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist. Die Prozesskammer 4 wird über das Türelement 13 verschlossen, und es wird eine gewünschte Gasatmosphäre innerhalb der Prozesskammer 4 eingestellt. Über die Heizanordnung 8 kann das Substrat 2 auf eine gewünschte Prozesstemperatur innerhalb der Prozesskammer 4 erwärmt werden. Durch eine Vorheizung des Substrates (–400°C) kann auch schon die die Plasmazündleistung reduziert werden. Direkt über dem Substrat ist das Gas ähnlich heiß wie das Substrat in einem Kaltwandreaktor und dadurch wäre ein Plasma auch aus diesem Grund mit geringerer Leistung zündbar. Vorzugsweise kann das Substrat auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200 und 600°C, vorzugsweise auf eine Temperatur um 400°C ± 50°C vorgeheizt werden.
-
Wenn die Plasmabehandlung beginnen soll, und eine entsprechende Gasatmosphäre in der Prozesskammer 4 vorhanden ist, wird zunächst die erste Plasmaeinheit 27 mit einer Zündleistung beaufschlagt, um ein Plasma im Plasmabereich der ersten Plasmaeinheit 27 zu zünden. Wenn das Plasma gezündet ist, oder auch schon vorher, wird wenigstens die benachbart zur ersten Plasmaeinheit 27 liegende Plasmaeinheit 28 mit einer Leistung beaufschlagt, die wesentlich geringer ist, als ihre Zündleistung, die aber ausreicht ein Plasma innerhalb des Plasmabereichs der zweiten Plasmaeinheit 28 aufrecht zu erhalten. Insbesondere kann die zweite Plasmaeinheit 28 mit einer Leistung beaufschlagt werden, mit der das Plasma für eine anfängliche Behandlung beaufschlagt werden soll. Während der Behandlung des Substrats 2 kann die Leistung dann noch entsprechend geändert werden, aber am Anfang kann direkt die gewünschte Leistung eingestellt werden.
-
Dadurch, dass die erste Plasmaeinheit 27 schon gezündet hat und der Plasmabereich der ersten Plasmaeinheit einen Abstrahlbereich der direkt benachbarten zweiten Plasmaeinheit 28 überlappt, entsteht auch benachbart zu dieser zweiten Plasmaeinheit 28 ein entsprechendes Plasma. Dieses Plasma kann dann in entsprechender Weise über die gesamten zweiten Plasmaeinheiten 28 ausgebreitet werden, beispielsweise von rechts nach links gemäß 2. Hierbei können die zweiten Plasmaeinheiten 28 jeweils mit einer Leistung beaufschlagt werden, die wesentlich geringer ist als ihre Zündleistung. Insbesondere können sie direkt mit der Leistung beaufschlagt werden, die für eine anfängliche Substratbehandlung geeignet ist. Das Anlegen einer Zündleistung an die zweiten Plasmaeinheiten 28, welche zunächst sehr hochenergetische Plasmateilchen erzeugen würden, ist zu keinem Zeitpunkt notwendig, da die jeweiligen Plasmen im Bereich der zweiten Plasmaeinheiten 28 durch benachbarte Plasma gezündet werden.
-
Hierdurch lassen sich von Anfang an hoch qualitative Schichten mithilfe von Plasmen erzeugen, ohne die Substratoberfläche beim Zündvorgang zu schädigen.
-
Insbesondere kann eine fortschreitende Plasmafront erzeugt werden, die gegebenenfalls zu einer Reinigung der Substratoberfläche beitragen kann.
-
Bei einer Anordnung der Plasmaeinheiten gemäß 4 wäre es möglich, nach der Zündung der ersten Plasmaeinheit 27 alle weiteren Plasmaeinheiten im Wesentlichen gleichzeitig zu zünden, da bei der sich quer erstreckenden Anordnung der Plasmaeinheit 27 zu den Plasmaeinheiten 28, deren Plasmabereich die Abstrahlbereiche aller zweiten Plasmaeinheiten 28 überdecken würde.
-
Wie der Fachmann erkennen kann, kann die Plasmabehandlung kontrolliert von Anfang an mit einer gewünschten Plasmaleistung erfolgen. Nach der sanften Zündung kann die Plasmaleistung mit beliebigen mathematischen Funktionen erhöht oder erniedrigt (geändert) werden.
-
Die Plasmaeinheiten können natürlich auch noch anders angeordnet sein, und es ist auch möglich eine Abstandseinstellung zwischen den Plasmaeinheiten und dem Substrat vorzusehen, wie es beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2009 060 230 dargestellt ist.
-
Durch die Verwendung einer designierten Zündantenne, wie der ersten Plasmaeinheit 27 ist es möglich, während des Zündvorgangs deutlich weniger hochenergetische Plasmateilchen zu erzeugen, da die designierte Zündantenne mit einer geringeren Zündleistung ausgestattet sein kann, wie die Haupteinheiten, d. h. die zweiten Plasmaeinheiten 28. Durch eine entsprechende räumliche Anordnung außerhalb eines Projektionsbereichs des zu behandeln den Substrats lässt sich der Anteil der trotzdem noch erzeugten energiereichen Plasmateilchen, welche auf das Substrat treffen, wesentlich minimieren.
-
Durch entsprechende Ansteuerung der zweiten Plasmaeinheiten lässt sich die anfängliche Wachstumsrate einer zu bildenden Schicht auf dem Substrat stark reduzieren, wodurch sich hochwertigere Schichten hinsichtlich des charge-to-break-down Qbd oder der interface state density Dit ergibt.
-
Alternativ zur Verwendung einer designierten Zündantenne, wie der ersten Plasmaeinheit 27 ist es auch möglich nur eine oder einzelne der zweiten Plasmaeinheiten zur Zündung zu verwenden. Dies kann durch Implementierung einer Einzel- oder Gruppenansteuerung der zweiten Plasmaeinheiten realisiert werden. Wenn beispielsweise in 2 die erste Plasmaeinheit 27 nicht vorgesehen wäre, könnten zum Beispiel die beiden äußeren, außerhalb des Projektionsbereichs des Substrats 2 liegenden zweiten Plasmaeinheiten 28 zu Beginn des Prozesses mit Zündleistung beaufschlagt werden, um in deren Bereich ein Plasma zu zünden. Die übrigen zweiten Plasmaeinheiten könnten dann wiederum mit einer wesentlich geringeren Leistung als der Zündleistung beaufschlagt werden, um wiederum eine fortschreitende Plasmafront vorzusehen. Diese würde in diesem Beispiel von außen nach innen verlaufen. Natürlich wäre es in gleicher Weise möglich, nur eine der äußeren zweiten Plasmaeinheiten 28 mit Zündleistung zu beaufschlagen, um dann eine von einer zur anderen Seite fortschreitende Plasmafront zu erreichen. Je nach Anordnung der Plasmaelektroden und entsprechender Ansteuerung ist es natürlich auch möglich, eine Plasmafront von der Mitte nach außen hin zu erzeugen.
-
Bevorzugt sollte jedoch jeweils die für die anfängliche Zündung eines Plasmas verwendete Plasmaelektrode außerhalb eines Projektionsbereichs des zu behandelnden Substrats liegen. Wie oben beschrieben kann ein Plasma mit kleinen Plasmaleistungen im Hauptfeld der zweiten Plasmaeinheiten gezündet werden. Dabei ist auch eine besonders rasche Zündung des jeweiligen Plasmas im Bereich der zweiten Plasmaeinheiten 28 möglich, da diese jeweils durch ein benachbartes Plasma rasch gezündet werden. Daher eignet sich der vorliegende Aufbau insbesondere auch für das Anlegen eines gepulsten Plasmas während der Substratbehandlung, wodurch sich die Durchschnittsleistung gegenüber sonstigen gepulsten Plasmen wesentlich verringern lässt.
-
Darüber hinaus ist auch ein schnelleres Pulsen möglich, was zu einer rascheren Erfrischung der reaktiven Spezies führt. Bei dem Pulsvorgang sollte möglichst jeweils eine, insbesondere die designierte Zündantenne, d. h. die erste Plasmaeinheit 27, im Wesentlichen kontinuierlich betrieben werden. Alternativ ist es natürlich auch möglich eine oder mehrere der zweiten Plasmaeinheiten 28 kontinuierlich zu betreiben während die anderen zweiten Plasmaeinheiten 28 gepulst werden. Natürlich wäre auch ein wechselseitiges Pulsen der Plasmaeinheiten möglich, solange noch immer ein Plasma vorhanden ist, um eine erneute Zündung des Plasmas jeweils mit einer Leistung zu erreichen, die wesentlich unter der Zündleistung der entsprechenden Plasmaeinheit liegt.
-
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2009060230 [0005]
- DE 102008036766 A1 [0033, 0034]
- DE 102009060230 [0056]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Eisele, A. Ludsteck, J. Schulze, Z. Nenyei in 10th IEEE International Conference an Advanced Thermal Processing of Semiconductors – RTP2002, Vancouver, Canada, ISBN 0-7803-7465-7, (2002), Seiten 11–1 [0004]
