DE10230164B4

DE10230164B4 - Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten zur Verwendung bei der Erzeugung eines hoch-dichten Plasmas sowie Halbleiterherstellungsgrät, das einen nach diesem Verfahren hergestellten Induktionsmagneten verwendet

Info

Publication number: DE10230164B4
Application number: DE10230164A
Authority: DE
Inventors: Jung-hyun Anyang Hwang; No-hyun Yongin Huh; Byeung-wook Suwon Choi; Jin-Su Jung; Jae-Sun Choi; Doo-won Suwon Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2003158084A; US20030008419A1; DE10230164A1; KR20030004803A; KR100425453B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten (70), wobei das Verfahren aufweist:
Umwandeln eines metallischen magnetischen Grundmaterials in ein Pulver aus Partikeln (701) aus metallischen magnetischen Material (S11);
Beschichten der Partikel des Pulvers mit einem elektrischen Isolationsmaterial (S12);
Verfestigen der Partikel des Pulvers in einer Form um einen festen Körper auszubilden (S13);
Sintern des festen Körpers (S14);
darauffolgende Wärmebehandlung des gesinterten festen Körpers (S15);
dadurch gekennzeichnet, daß
das Umwandeln (S11) ein Ausbilden von metallischen magnetischen Partikeln aufweist, die jeweils lediglich eine magnetische Domäne aufweisen; und
der Schritt eines Verfestigen der Partikel in einer Form (S13) von einem Anlegen eines magnetischen Feldes an die Partikel begleitet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät, das ein hoch-dichtes Plasma zum Bearbeiten eines Halbleiterwafers erzeugt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Magneten zur Verwendung bei der Erzeugung eines Magnetfelds in einem derartigen Gerät und ein Verfahren zur Herstellung des Magneten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Plasma wird hauptsächlich bei einem Halbleitertrockenätzen oder Herstellungsverfahren der chemischen Dampfphasenabscheidung verwendet. Das Plasma wird durch Zuführen einer Hochfrequenzleistung zu einem vorbestimmten zu erregenden Reaktionsgas, d. h. zum Ionisieren des Gases, erzeugt. Die aktive Energie, die von dem sich ergebenden Plasma vorgesehen wird, kann zum Ätzen oder zum Abscheiden von dünnen Schichten auf Halbleiterwafern verwendet werden.
Da die heutigen Halbleitervorrichtungen immer höher integriert sind, müssen die Leitungsmuster der Vorrichtungen immer schmaler und schmaler gestaltet werden. Jedoch ist es schwierig, die Auflösung bei Ätz- und Abscheidung zu erzielen, die zum Sicherstellen eines hohen Formfaktors, der mit der Erzeugung von schmalen Leitungsmustern verbunden ist, erforderlich ist. Um diese Beschränkungen zu überwinden, wird ein hoch-dichtes Plasma bei einem Halbleiterherstellungsverfahren verwendet. Eine typische Plasmaverarbeitungsvorrichtung enthält eine Reaktionskammer, in welcher ein hoch-dichtes Plasma erzeugt wird, und einen Induktionsmagneten, der an der äußeren Wand der Reaktionskammer angeordnet ist und einen Plasmabereich in der Kammer umgibt. Das von dem Induktionsmagneten erzeugte Magnetfeld erhöht die Dichte und Gleichförmigkeit des Plasmas in der Reaktionskammer.
Der herkömmliche Induktionsmagnet wird durch ein Aufeinanderschichten einer Vielzahl von metallischen Magnetplatten mit dazwischenliegenden Isolationsschichten hergestellt. 2A zeigt den herkömmlichen Induktionsmagneten 170, und 2B zeigt eine elektrische Feldspule 177, die um den herkömmlichen Induktionsmagneten 170 herum gewickelt ist. Das gewünschte Magnetfeld wird durch Anlegen einer Spannung, die einen Stromfluß durch den Induktionsmagneten verursacht, welcher leitend ist, induziert. Dabei geht jedoch aufgrund des durch den Induktionsmagneten entgegen gebrachten Widerstand Energie verloren. Dieser Energieverlust wird als Wirbelstromverlust bezeichnet. Falls eine hohe Frequenz angelegt wird, ist der Energieverlust so groß, daß die Temperatur des Induktionsmagneten eine kritische Temperatur übersteigt. Mit anderen Worten, es tritt eine Überhitzung auf. Folglich arbeitet die Plasmaverarbeitungsvorrichtung nicht richtig, wodurch die Produktivität des Halbleiterherstellungsverfahrens verringert ist.
Die DE 36 03 061 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Verbundwerkstoffes, indem Pulverpartikel aus einem weichmagnetischen metallischen Werkstoff nach dem Sol-Gel-Prozess mit einem dünnen elektrisch isolierenden Glasfilm beschichtet und das beschichtete rieselfähige Pulver bei erhöhter Temperatur verdichtet wird. Auswahl spezifischer bindender und gut haftender Glassorten auf Silikatbasis. Bevorzugte weichmagnetische Werkstoffe sind Karbonyleisen, Eisenlegierungen mit Si, Al und Ni.
DE 101 50 830 A1 stellt zum Zweck der Verbesserung der magnetischen Permeabilität ein Weichmagnetismus-Metallpulver, ein Behandlungsverfahren dafür, ein Weichmagnetismus-Metallpulverformling und ein Herstellungsverfahren dafür zur Verfügung. Das Weichmagnetismus-Metallpulver schließt eine Mehrzahl von Teilchen ein, von denen jedes, falls geschnitten, so eingestellt wird, dass es nicht mehr als zehn Kristallteilchen im Durchschnitt hat. Bevorzugt soll auf einer Außenoberfläche von jedem der Teilchen ein Material mit höherem spezifischen Widerstand erzeugt werden, das einen höheren spezifischen Widerstand als eine Hauptphase der Teilchen besitzt. Das Verfahren der Behandlung eines Weichmagnetismus-Metallpulvers schließt folgende Schritte ein: Herstellung einer Mehrzahl von Teilchen des Weichmagnetismus-Metallpulvers, Erwärmen der Teilchen auf eine höhere Temperatur innerhalb der Atmosphäre mit höherer Temperatur zur Ausführung eines Kristallteilchenzahlverminderungsverfahren in einer solchen Art und Weise, dass die Zahl der Kristallteilchen in jedem der Weichmagnetismus-Metallpulver-Teilchen im Vergleich zur Anzahl der Kristallteilchen vor dem Erwärmen vermindert wird. Der Weichmagnetismus-Metallpulverformling wird durch Verbinden der Weichmagnetismus-Metallteilchen erzeugt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Probleme des Stands der Technik zu lösen.
Mit der vorliegenden Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten erzielt, der sich nicht überhitzt, wenn eine Hochfrequenzleistung zugeführt wird.
Ferner wird gemäß den Ansprüchen 6 bis 21 mit der vorliegenden Erfindung ein nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4 hergestellter Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät erzielt, das ein hoch-dichtes Plasma verwendet, wobei das Gerät hoch produktiv und zuverlässig ist, und während der Durchführung des Herstellungsverfahrens nicht überlastet wird.
Der Körper für einen Induktionsmagnet gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus einem isolierenden magnetischen Material ausgebildet. Insbesondere besteht der Körper bzw. das Joch des Magneten zumindest aus einem unitären bzw. einheitlichen Teil, das aus einem Material hergestellt ist, das sowohl magnetisch als auch ein elektrischer Isolator ist. Der Induktionsmagnet wird um die äußere Wand der Reaktionskammer des Halbleitervorrichtungsherstellungsgeräts angeordnet. Insbesondere umgibt der Magnet einen Bereich in der Reaktionskammer, in welchem das Plasma erzeugt wird. Der Körper des Induktionsmagneten kann ein ringförmiger einheitlicher Körper sein. Alternativ kann der Körper für einen Induktionsmagnet jedoch aus einer Vielzahl von einzelnen Teilen ausgebildet sein, die voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise werden die Pole des Induktionsmagneten derart angeordnet, daß ein Magnetfeld in einer Richtung orthogonal zu einem elektrischen Feld, das durch die von der Leistungsversorgung zugeführte Leistung in dem Plasmabereich induziert worden ist, wodurch die Plasmadichte maximiert wird.
Der Magnetkörper ist aus einem pulverisierten metallurgischen Material hergestellt. Das isolierende magnetische Material kann eine metallische Legierung in Pulverform und eine isolierende Materialbeschichtung der metallischen Legierungpartikel des Pulvers enthalten. Die metallische Legierung ist ein ferrit-basiertes Metall. Ebenso kann das metallische Legierungspulver ferner zumindest Mo, Co und Si als Additiv enthalten, was die Intensität der durch den Magneten erzeugten Magnetkraft verstärkt. Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial ein Silikatglas. Alternativ kann das isolierende magnetische Material ein ferromagnetisches Oxid sein.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Körpers für einen Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein metallisches magnetisches Grundmaterial zum Beispiel durch mechanisches Zermahlen in Pulver verwandelt. Die Pulverpartikel werden mit einem isolierenden Material beschichtet. Anschließend werden die Partikel zum Ausbilden eines festen Körpers in einer Form verfestigt. Als nächstes wird der feste Körper gesintert. Ein Abschlußverfahren wird zum Abschließen des Verfahrens durchgeführt. Das Abschlußverfahren enthält eine Wärmebehandlung, die die Stärke des Magnetismus vergrößert.
Während der Ausbildung des festen Körpers können außerdem die magnetischen Domänen der Partikel durch ein angelegtes Magnetfeld ausgerichtet werden, wodurch die Magnetkraft verstärkt wird. Genauer gesagt werden die Partikel in einem Abschnitt des angelegten Magnetfeldes angeordnet, bei dem die Feldlinien sich in einer Gesamtrichtung erstrecken.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein isolierendes magnetisches Material beispielsweise durch mechanisches Zermahlen in Pulver verwandelt. Vorzugsweise ist das isolierende magnetische Material ein Ferritoxid oder ein ferromagnetisches Oxid. Die Partikel des Pulvers werden zum Ausbilden eines festen Körpers in einer Form verfestigt. Der feste Körper wird gesintert, um dem Körper die gewünschten mechanischen und magnetischen Eigenschaften zu verleihen. Ein Abschlußverfahren vervollständigt das Ausbilden des Induktionsmagneten.
Auch in diesem Fall wird vorzugsweise ein Magnetfeld, das eine vorbestimmte Stärke aufweist und dessen Feldlinien sich in einer vorbestimmten Richtung erstrecken, an die Partikel angelegt, wenn sie verdichtet werden, so daß die Partikel weiter magnetisiert werden.
Das Halbleiterherstellungsgerät, das einen nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter Körper für einen Induktionsmagneten (70) verwendet, kann ebenso einen Halter bzw. Träger enthalten, der in der Reaktionskammer zum Tragen eines zu verarbeitenden Substrats angeordnet ist, sowie eine Gaszuführvorrichtung, die in der Reaktionskammer zum gleichmäßigen Zuführen eines Reaktionsgases zu dem Substrat angeordnet ist, und eine Leistungsversorgung zum Zuführen einer Hochfrequenzleistung, die das Reaktionsgas in dem Plasmabereich anregt.
Der Träger besitzt eine Tasche bzw. Ausbuchtung, die so groß ist, daß sie darin das zu verarbeitende Substrat aufnehmen kann. Die Gaszuführvorrichtung kann eine plattenförmige Sprühdüse enthalten, die parallel zu der oberen Oberfläche des Trägers an dem oberen Abschnitt der Reaktionskammer angeordnet ist. Die Düsenöffnungen sind so aufgebaut, daß sie das Substrat in einer vertikalen Richtung mit dem Reaktionsgas besprühen.
Die Leistungsversorgung besteht aus einem Hochfrequenzgenerator zum Erzeugen einer Leistung mit einer hohen Frequenz. Die Leistungsversorgung kann lediglich mit dem Träger oder der Gaszuführvorrichtung und mit Masse verbunden sein, oder mit sowohl dem Träger als auch der Gaszuführvorrichtung und der Masse verbunden sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehende Aufgabe sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich, in welcher:
1A bis 1C perspektivische Ansichten von Induktionsmagneten zur Verwendung bei der Herstellung eines hochdichten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
2A und 2B perspektivische Ansichten eines herkömmlichen Induktionsmagneten zeigen;
3 ein Flußdiagramm zeigt, das die Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Flußdiagramm zeigt, das die Schritte einer anderen Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5A und 5B schematische Querschnittsansichten von Partikeln zeigen, die die für die Herstellung eines Induktionsmagneten erforderliche Morphologie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
6A und 6B schematische Diagramme zeigen, die einen Vergleich zwischen der Magnetisierung des Induktionsmagneten der vorliegenden Erfindung und der Magnetisierung des herkömmlichen Induktionsmagneten darstellen;
7 eine Frontansicht eines Halbleiterherstellungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine perspektivische Ansicht des Halbleiterherstellungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein isolierter Induktionsmagnet, der um die Reaktionskammer herum angebracht ist, gezeigt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß 1A wird ein Induktionsmagnet 70 zur Verwendung bei der Herstellung eines hoch-dichten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem isolierenden magnetischen Material ausgebildet. Der Induktionsmagnet 70 definiert in einem zentralen Bereich davon einen Raum, der einem Plasmabereich entspricht. Somit kann ein Magnetfeld um den Plasmabereich herum ausgebildet sein. Der Induktionsmagnet 70 enthält eine innere Wand 71, die dem Plasma zugewandt ist, und eine äußere Wand 72, die der inneren Wand 71 gegenüberliegt. Ein Nordpol (N-Pol) wird an einem Abschnitt der inneren Wand 71 ausgebildet und ein Südpol (S-Pol) wird an einem anderen Abschnitt der inneren Wand 71 ausgebildet. Wenn ein äußeres elektrisches Feld an den Induktionsmagneten 70 angelegt wird, wird ein Magnetfeld im Plasmabereich erzeugt. Jedoch ist der Wirbelstromeffekt vernachlässigbar, da der Induktionsmagnet 70 einen festen Körper aus einem isolierenden magnetischen Material aufweist.
Gemäß 1B weist der Induktionsmagnet 70 gemäß der vorliegenden Erfindung einen röhrenförmigen Körper mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Eine elektrische Feldspule 77 ist um den Körper des Induktionsmagneten 70 mit einer vorbestimmten Wicklungszahl herum gewickelt. Der Induktionsmagnet 70 erzeugt ein magnetisches Feld in einer vorbestimmten Richtung, wenn eine Spannung an die elektrische Feldspule 77 angelegt wird.
1C zeigt eine andere Ausführungsform des Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist der Körper des Induktionsmagneten 70 eine Vielzahl von diskreten Teilen oder Stücken auf. Die Stücke sind derart bemessen, daß sie die Herstellung des Induktionsmagneten 70 erleichtern, und Defekte bei dem Induktionsmagenten 70 werden minimiert, wodurch der Induktionsmagnet eine gute Qualität aufweist.
3 zeigt ein Flußdiagramm, das die Schritte einer Herstellung eines Induktionsmagneten zur Verwendung bei der Erzeugung eines hoch-dichten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 3 gezeigt, wird bei Schritt S1 ein isolierendes magnetisches Material zu mikrofeinen Partikeln (Pulver) zermahlen. Das isolierende magnetische Material ist vorzugsweise ein ferromagnetisches Oxid. Jedoch können auch andere Arten von isolierenden magnetischen Materialien verwendet werden. In jedem Fall kann ein leitendes metallisches magnetisches Material mit einem isolierenden Material zum Herstellen des isolierenden magnetischen Materials des Induktionsmagneten gemischt werden. Beispielsweise wird das isolierende magnetische Material durch Zermahlen eines ferrit-basierten metallischen Magnetmaterials zu Pulver, Beschichten eines Isolationsmaterials mit dem Pulver und Isolieren der Partikel des Pulvers voneinander hergestellt. In diesem Fall ist das metallische magnetische Material eine Legierung, die durch Hinzugeben eines vorbestimmten elementaren Materials, wie beispielsweise Mo, Si oder dergleichen, zu einem Übergangsmetall, wie beispielsweise Fe, Co, Ni oder dergleichen, hergestellt worden ist. Falls es notwendig ist, können derartige Übergangsmetalle miteinander in einem vorbestimmten Verhältnis legiert werden.
Das Zermahlen kann mechanisch durch eine Kugelmühle oder dergleichen, durch ein Atomisierungsverfahren oder durch ein Elektro-Abscheidungs-Verfahren durchgeführt werden. Bei dem Atomisierungsverfahren wird das zu zermahlende Material über seinen Schmelzpunkt erwärmt und das geschmolzene Material wird mit einem hohen Druck in Kontakt mit kühler Luft oder Flüssigkeit gesprüht, so daß es schnell abkühlt. Das schnelle Abkühlen führt zur Erzeugung von mikrofeinen Partikeln des Materials. Bei dem Elektro-Abscheidungs-Verfahren wird ein magnetisches Material in einem vorbestimmten Elektrolyt elektrolysiert und abgeschieden, wodurch mikrofeine Partikel erzeugt werden.
Das zermahlene isolierende magnetische Material wird bei einer vorbestimmten Temperatur und einem vorbestimmten Druck bei Schritt S2 zum Ausbilden eines festen Körpers in einer Form verfestigt (Pressformen). Der feste Körper braucht keine anderen besondere mechanischen Eigenschaften aufzuweisen als eine bestimmte Form, die ihn leicht handhabbar machen. Ebenso kann die Ausrichtung der magnetischen Domäne der Pulverpartikel durch ein Anlagen eines magnetischen Feldes während des Ausbildens des festen Körpers gebildet werden. Die Intensität und die Richtung, in welcher das magnetische Feld angelegt wird, sind vorbestimmt, um die gewünschten magnetischen Domänen zu erzielen. Genauer gesagt werden die Partikel in der Form (mold) in einem Abschnitt des Magnetfelds angeordnet, bei dem die Feldlinien sich in der gleichen Gesamtrichtung erstrecken.
Bei Schritt 3 wird der feste Körper bei einer vorbestimmten Temperatur in einem Sinterofen wärmebehandelt (gesintert). Hierbei reagiert das magnetische Material in Pulverform, welches den festen Körper ausbildet, derart, daß es Leerstellen bzw. Fehlstellen unter den Pulverkörnern auffüllt. Unvollständige Schnittstellen an welchen eine unvollständige Bindung zwischen den Partikeln vorhanden ist, werden durch das gegenseitige Verbinden der magnetischen Materialien in Pulverform gestärkt. Somit wird der Bindungszustand der Partikel an den Schnittstellen stabilisiert. Dementsprechend wird der feste Körper in einen Induktionsmagneten umgewandelt, der spezifische mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise einem bestimmten Grad an Härte und Stärke aufweist.
Der gesinterte Körper wird anschließend einem Abschlußverfahren bei Schritt 4 unterzogen, wobei das Verfahren eine zusätzliche Wärmebehandlung enthält, um die magnetische Kraft weiter zu vergrößern.
4 stellt eine andere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Induktionsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Schritte bei der Herstellung des Induktionsmagneten sind ähnlich zu den Schritten, wie sie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben worden sind. Jedoch werden bei Schritt S11 metallische Pulverpartikel und nicht isolierende Pulverpartikel als das magnetische Material verwendet. Die Partikel des Metallpulvers werden bei Schritt 12 mit einer Schicht aus Isolationsmaterial beschichtet. Genauer gesagt wird ein ferrit-basiertes Metall, wie beispielsweise Fe, Ni oder Co zu Pulver zermahlen und anschließend das Pulver mit dem Isolationsmaterial beschichtet. Das isolierende Material wird durch Umwandeln von Silikatglas, welches als Wasserglas bekannt ist, in eine Flüssigkeit ausgebildet. Anschließend wird die Flüssigkeit mit dem Pulver vermischt, wodurch die Partikel des Pulvers beschichtet werden. Schritte S13, S14 und S15 sind die gleichen, wie die Schritte S2, S3 bzw. S4, wie sie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben worden sind.
5A und 5B zeigen Querschnittsansichten von Pulverpartikeln eines isolierenden magnetischen Materials. Insbesondere bestehen die in 5 gezeigten Partikel 700 aus einem isolierenden magnetischen Material, während die in 5B gezeigten Partikel 700A aus einem Partikel 701 eines metallischen magnetischen Materials, das mit einer Isolationsschicht 702 beschichtet ist, ausgebildet sind. Wie auf der linken Seite der 5A und 5B gezeigt, weisen die Partikel 700 oder 701 eine Vielzahl von magnetischen Domänen zwischen Grenzen 703 auf, wenn die Partikel zu groß sind. Für diesen Fall beeinflußt ein Störphänomen zwischen benachbarten Partikeln die Magnetisierungspermeabilität nachteilig. Dieses Phänomen ist als "Bloch-Wand"-Phänomen bekannt. Jedoch tritt dieses Bloch-Wand-Phänomen nicht auf, falls die Partikel 700 oder 701 so winzig sind, daß sie lediglich eine einzige magnetische Domäne aufweisen, wie auf der rechten Seite in 5A und 5B gezeigt. Dementsprechend wird bei der vorliegenden Erfindung das isolierende magnetische Material zermahlen (Schritt S1 oder S11) oder anderweitig zu einem Pulver verarbeitet, das so fein ist (beispielsweise ungefähr 100 bis 1000 Å im Durchmesser), daß seine Partikel eine einzige magnetische Domäne aufweisen. Dementsprechend kann eine starke magnetische Kraft vorgesehen werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik wird in 6A bis 6B gezeigt. 6A zeigt die Magnetisierung des herkömmlichen Induktionsmagneten (177 in 2A) und 6B zeigt die Magnetisierung des Induktionsmagneten (70 in 1) der vorliegenden Erfindung. Bei dem herkömmlichen Induktionsmagneten, wie er auf der linken Seite in 6A gezeigt ist, sind die magnetischen Domänen in zufälligen Richtungen innerhalb der verschiedenen Korngrenzen ausgerichtet, bevor ein Magnetfeld daran angelegt wird. Wie es auf der rechten Seite der
6A gezeigt ist, können die Magnetdomänen in den Korngrenzen in der Richtung des angelegten Magnetfeldes ausgerichtet werden. Jedoch ist es nicht einfach, die Magnetdomänen derart auszurichten, da die Körner verschiedene Größen und Formen aufweisen.
Wie es auf der linken Seite der 6B gezeigt ist, sind die magnetischen Domänen der Partikel, die zum Ausbilden des Induktionsmagneten der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ebenso in zufälligen Richtungen vor dem Anlegen des Magnetfeldes orientiert. Wie es auf der rechten Seite der 6B gezeigt ist, sind die magnetischen Domänen in der Richtung des angelegten magnetischen Feldes ausgerichtet. In diesem Fall jedoch ist es vergleichsweise einfach die Magnetdomänen der Partikel auszurichten, da die Partikel im wesentlichen kugelförmig sind und annähernd gleiche Größe aufweisen.
7 zeigt ein Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät, das ein Verfahren unter Verwendung eines hoch-dichten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung durchführt. Das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät enthält eine zylindrische Reaktionskammer 10, einen Träger 30, eine Gaszuführvorrichtung 50, eine Leistungsversorgung 60, einen isolierenden Induktionsmagneten 70 und eine Entlüftungseinheit 110. Die Reaktionskammer 10 weist einen Plasmabereich A auf, d. h. einen Bereich, in welchem das Plasma erzeugt wird. Der Träger 30 trägt ein Halbleitersubstrat 100 in der Reaktionskammer 10 während eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Die Gaszuführvorrichtung 50, welche mit einem Ende der Reaktionskammer 10 verbunden ist, führt ein Reaktionsgas in Richtung des Halbleitersubstrats 100 zu. Die Leistungsversorgung 60 führt der Reaktionskammer 10 die zum Erregen des Reaktionsgases erforderliche Leistung zu und erzeugt dadurch das Plasma. Der isolierende Induktionsmagnet 70 umgibt den Plasmabereich A des Reaktors 10.
Vorzugsweise ist die Außenseite der Reaktionskammer 10 rechteckig und die Innenseite der Reaktionskammer 10 viereckig oder zylindrisch. Der Träger 30 kann eine runde Platte sein, die aus dem unteren Abschnitt der Reaktionskammer hervorragt, um das Halbleitersubstrat 101 horizontal zu tragen. Der Träger 30 enthält eine flache obere Platte 31 mit einer Tasche bzw. einer Ausbuchtung darin, um das Halbleitersubstrat 101 aufzunehmen. Die Platte 31 kann aus SiC oder Quartz ausgebildet sein, was eine rasche Kühlung des Halbleitersubstrats 100 erlaubt und als eine Wärmesenke dient, falls notwendig. Die innere Wand der Reaktionskammer 10 ist metallisch, so daß sie während des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung kühl bleibt. Im allgemeinen wird die Innenwand der Reaktionskammer 10 aus einer korrosionsfesten Aluminiumlegierung ausgebildet.
Die Gaszuführvorrichtung 50 wird an dem oberen Abschnitt der Reaktionskammer 10 angeordnet. Die Gaszuführvorrichtung 50 weist eine Sprühdüse 51 auf, die eine Vielzahl von Sprühöffnungen 55 an ihrem Boden besitzt. Die Sprühdüse 51 ist in der Form einer runden Platte ausgebildet und somit gleicht die Gaszuführvorrichtung einem Duschkopf, der das Reaktionsgas gleichförmig nach unten in Richtung des Substrats sprüht. Alternativ kann die Gaszuführvorrichtung 50 an einer Seite der Reaktionskammer 10 angeordnet sein, falls notwendig.
Der Plasmabereich A ist zwischen dem Träger 30 und der Gaszuführvorrichtung 50 in der Reaktionskammer 10 angeordnet. Die Leistungsversorgung 60 führt die Hochfrequenzleistung, beispielsweise eine Radiowellenleistung zu. Plasma wird in dem Plasmabereich A abhängig von der beabsichtigten Verwendung der Halbleitervorrichtung durch eines der folgenden Verfahren erzeugt: Zuführen von Hochfrequenzleistung zu dem Träger 30, während die Gaszuführvorrichtung 50 als eine Masse verwendet wird, Zuführen von Hochfrequenzleistung zu der Gaszuführvorrichtung 50, während der Träger als eine Masse verwendet wird, und Zuführen von Leistung mit verschiedenen Frequenzen zu dem Träger 30 bzw. zu der Gaszuführvorrichtung 50.
Der isolierende Induktionsmagnet 70 umgibt die Reaktionskammer 10. Ein Magnetfeld wird durch den isolierenden Induktionsmagneten 70 in einer Richtung orthogonal zu der Richtung des Plasmastroms induziert. Der isolierende Induktionsmagnet 70 kann aus einem einheitlichen Körper (röhrenförmig), wie in 1A gezeigt, bestehen, weist jedoch vorzugsweise zahlreiche einzelne Teile auf, wie in 1C gezeigt.
Der isolierende Induktionsmagnet 70 erzeugt keine Widerstandswärmeenergie, d. h., Energie aufgrund von induziertem Strom, wenn eine Leistung mit einer hohen Frequenz zugeführt wird, da der Magnet 70 aus einem isolierenden magnetischen Material ausgebildet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das isolierende magnetische Material ein ferrit-basiertes Oxid oder ein paramagnetisches ferromagnetisches Oxid auf. Wie vorangehend im Detail beschrieben kann das isolierende magnetische Material durch ein Zermahlen des metallischen magnetischen Materials zu Pulver und beschichten jedes der Partikel des Pulvers mit einer Schicht aus isolierendem Material hergestellt sein. Silizidglas kann als ein isolierendes Material verwendet werden. Wenn der isolierende Induktionsmagnet 70 aus einem Oxid ausgebildet wird, wird der isolierende Induktionsmagnet 70 durch ein metallurgisches Pulververfahren geformt. Mit anderen Worten, ein isolierendes magnetisches Material wird in Partikel zermahlen, die eine gleichförmige vorbestimmte Größe aufweisen. Die Partikel werden mit einem Haftadditiv gemischt, und in eine Form gegossen und bei einem vorbestimmten Druck und einer vorbestimmten Temperatur in einen festen Körper geformt. Der feste Körper wird thermisch behandelt, um einen vollständig gesinterten Körper auszubilden. Elemente, wie beispielsweise Mo, Co und Si können bei dem Verfahren zur Herstellung des isolierenden Induktionsmagneten 70 hinzugegeben werden, um dem Magneten eine gewünschte physikalische Eigenschaft zu verleihen. Somit können die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des isolierenden Induktionsmagneten 70, d. h. magnetische und mechanische Eigenschaften, verbessert werden und die Herstellungskosten können im Vergleich mit dem Stand der Technik verringert werden.
Jedoch können eingebaute Meßvorrichtungen des Halbleitervorrichtungsherstellungsgeräts durch das starke Magnetfeld, das durch den isolierenden Induktionsmagneten 70 induziert wird, beeinflußt werden. Die Teile dieser Vorrichtungen, wie beispielsweise Sensoren und Einstellvorrichtungen, welche an der Außenseite der Reaktionskammer 10 angeordnet sind, werden durch das magnetische Feld nicht beeinflußt. Somit kann das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät ferner eine Abschirmung 90 aus einem Material enthalten, das einen Teil der Außenwand der Reaktionskammer 10 von dem magnetischen Feld abschirmt. Die Abschirmung 90 erstreckt sich um die Außenwand des isolierenden Induktionsmagneten 70 herum. Die Abschirmung 90 kann Flansche enthalten, die die oberen bzw. unteren Abschnitte des Induktionsmagneten 70 abdecken.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Halbleitervorrichtungsherstellungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 gezeigt, umgibt ein isolierender Induktionsmagnet 70, der aus einer Vielzahl von diskreten Teilen ausgebildet ist, einen Plasmabereich in einer Reaktionskammer 10. Jeder der Teile des Magneten 70 befindet sich mit der jeweiligen Ecke der Reaktionskammer 10 in Juxtaposition. Die N- und S-Pole (1A oder 1C) des isolierenden Induktionsmagneten 70 sind derart angeordnet, daß die Magnetkraft in einer Richtung orthogonal zu der Richtung des Plasmaflusses wirkt. Geladene Teilchen werden rechteckförmig oder kurvenförmig in einer horizontalen Richtung während des Plasmaätzens oder des Abscheidungsverfahrens bewegt, wenn sie von der Sprühdüse 150 zu dem Träger 30, auf welchem das Halbleitersubstrat 101 plaziert ist, wandern. Somit ist der Weg der Partikel erweitert, um ihre Kollisionswahrscheinlichkeit zu erhöhen, und dabei die Erzeugung des hoch-dichten Plasmas, das für das Ätz- oder Abscheidungsverfahren erforderlich ist, zu erleichtern. Der isolierende Induktionsmagnet 70 ist aus einem isolierenden Material ausgebildet, in welchem sehr wenig Wirbelströme fließen, auch wenn eine Leistung mit einer hohen Frequenz zu dem isolierenden Induktionsmagneten 70 während des Plasmaverfahrens zugeführt wird. Dementsprechend überhitzt der isolierte Induktionsmagnet 70 nicht und somit wird das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät nicht überlastet. Dementsprechend kann das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät mit einem hohen Produktionsdurchsatz betrieben werden.
Das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Reaktor für eine chemische Dampfphasenabscheidung mit einem hochdichten Plasma zum Ausbilden einer Siliziumoxidschicht oder einer Siliziumnitridschicht unter Verwendung eines hoch-dichten Plasmas verkörpert sein. Alternativ dazu kann das Halbleitervorrichtungsherstellungsgerät als ein Plasmareaktor zum Trockenätzen einer Siliziumoxidschicht oder einer Siliziumnitridschicht zum Ausbilden von feinen Muster, wie beispielsweise Gatemustern oder Kontaktmustern, oder zum Trockenätzen von Metallagern aus einer Aluminiumlegierung, Titan, Titannitrid oder Wolfram zum Ausbilden von feinen Metall-Leitungsmustern unter Verwendung eines hoch-dichten Plasmas verkörpert sein.
Der isolierende Induktionsmagnet gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso durch einen Ionen-Implantierer zum Beschleunigen von Ionen oder durch eine physikalische Damphphasenabscheidungsvorrichtung zum Durchführen eines Metall-Sputterverfahrens benutzt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorangehend unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie darauf nicht beschränkt. Vielmehr können andere Verwendungen und Variationen der bevorzugten Ausführungsformen für den Fachmann innerhalb des Konzepts und Umfangs der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, ersichtlich sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten (70), wobei das Verfahren aufweist: Umwandeln eines metallischen magnetischen Grundmaterials in ein Pulver aus Partikeln (701) aus metallischen magnetischen Material (S11); Beschichten der Partikel des Pulvers mit einem elektrischen Isolationsmaterial (S12); Verfestigen der Partikel des Pulvers in einer Form um einen festen Körper auszubilden (S13); Sintern des festen Körpers (S14); darauffolgende Wärmebehandlung des gesinterten festen Körpers (S15); dadurch gekennzeichnet, daß das Umwandeln (S11) ein Ausbilden von metallischen magnetischen Partikeln aufweist, die jeweils lediglich eine magnetische Domäne aufweisen; und der Schritt eines Verfestigen der Partikel in einer Form (S13) von einem Anlegen eines magnetischen Feldes an die Partikel begleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beschichten der Partikel (701) ein Ausbilden einer Schicht (702) aus Silikatglas auf den Partikeln aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umformen des Grundmaterials (S11) ein mechanisches Zermahlen des Grundmaterials aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Körpers für einen Induktionsmagneten (70), wobei das Verfahren aufweist: Umwandeln eines elektrisch isolierenden und magnetischen Grundmaterials in ein Pulver aus Partikeln (700) des magnetischen Materials (S1); Verfestigen der Partikel in einer Form, um einen festen Körper auszubilden (S2); Sintern des festen Körpers (S3); darauffolgende Wärmebehandlung des festen Körpers (S4); dadurch gekennzeichnet, daß das Umwandeln (S1) ein Ausbilden von magnetischen Partikeln aufweist, die lediglich eine magnetische Domäne aufweisen; und der Schritt eines Verfestigen der Partikel in einer Form (S2) von einem Anlegen eines magnetischen Feldes an die Partikel begleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das elektrisch isolierende und magnetische Material ein ferromagnetisches Oxid-basiertes Material ist.
Ein nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4 hergestellter Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät, das ein hoch-dichtes Plasma verwendet und das aufweist: eine Reaktionskammer (10) mit einem Plasmabereich (A), in welchem ein Plasma erzeugt wird; ein Träger (30), der in der Reaktionskammer (10) angeordnet ist und zum Tragen eines dort zu verarbeitenden Substrats (101) dient; eine Reaktionsgaszuführvorrichtung (50), die in der Reaktionskammer angeordnet ist, um ein Reaktionsgas in Richtung des Plasmabereichs zu sprühen; eine Hochfrequenzleistungsversorgung (60), die zum Zuführen mit einer Hochfrequenzleistung, die ein Plasma in dem Plasmabereich (A) erzeugt, angeschlossen ist; und wobei der Induktionsmagnet (70) den Plasmabereich (A) auf der Außenseite der Reaktionskammer (10) umgibt und wobei der Körper des Induktionsmagneten zumindest einen unitären Teil aus einem elektrisch isolierenden und magnetischen Material aufweist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei der Träger (30) eine Tasche aufweist, in welcher das Substrat (101) zu plazieren ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, bei dem die Gaszuführvorrichtung (50) die Form eines Duschkopfes aufweist, der an einem oberen Abschnitt der Reaktorkammer (10) angeordnet ist, und eine Sprühdüse (51) aufweist, die parallel zu der oberen Oberfläche des Trägers angeordnet ist, wobei die Sprühdüse Sprühöffnungen (55) aufweist, die in Richtung des Reaktionsgases in einer vertikalen Richtung nach unten orientiert sind.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Leistungsversorgung (60) eine HF-Leistungsversorgung ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Leistungsversorgung (60) mit dem Träger verbunden ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Leistungsversorgung (60) mit der Gaszuführvorrichtung verbunden ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei der Induktionsmagnet (70) zum Induzieren eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien sich in dem Plasmabereich (A) in einer Richtung orthogonal zu den Feldlinien in dem Plasmabereich (A) eines elektrischen Feldes erstrecken, das durch die Leistungsversorgung (60) zugeführte Leistung induziert wird, angeordnet ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 12, wobei die Gesamtform eines Induktionsmagneten (70) die einer Röhre ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 12, wobei der Induktionsmagnet (70) eine Vielzahl von Teilen aufweist, von denen jedes aus einem elektrisch isolierenden und magnetischen Material hergestellt ist.
Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei zumindest eines der Teile des Induktionsmagneten (70) aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ferrit-basierten Legierung und einem ferromagnetischen Oxid ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, das ferner eine Abschirmung (90) aus einem für das Magnetfeld, das durch den Induktionsmagneten erzeugt wird, undurchlässigen Material aufweist, wobei die Abschirmung (90) eine äußere Oberfläche des Induktionsmagneten an der Außenseite der Reaktionskammer abdeckt.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei der Körper aus einem unitären röhrenförmigen Teil aus dem elektrisch isolierenden und magnetischen Material besteht.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei ein N-Pol des Magnets (70) an einer Seite einer Innenwand der röhrenförmigen Form angeordnet ist und ein S-Pol des Magneten an einer anderen Seite der Innenwand gegenüber dem N-Pol angeordnet ist.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 6, wobei der Körper eine Vielzahl von einzelnen Teilen aufweist, die jeweils aus dem elektrisch isolierenden und magnetischen Material hergestellt sind.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 19, wobei die einzelnen Teile zusammen eine röhrenförmige Form aufweisen.
Körper für einen Induktionsmagneten (70) zur Verwendung in einem Halbleiterherstellungsgerät nach Anspruch 20, wobei ein N-Pol des Magnets an einer Seite einer Innenwand der röhrenförmigen Form angeordnet ist und ein S-Pol des Magneten an einer anderen Seite der Innenwand gegenüber dem N-Pol angeordnet ist.