DE10310524A1

DE10310524A1 - Verfahren zum Ätzen einer Probe sowie Ätzanlage

Info

Publication number: DE10310524A1
Application number: DE2003110524
Authority: DE
Inventors: Dennis FÖH
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-23
Also published as: EP1602122A1; US20060169670A1; WO2004081967A1

Abstract

Um teures und häufig auch umweltschädigendes Reaktivgas (R) beim Ätzen mittels eines Plasmas (PL) zu sparen, wird zur Stabilisierung zunächst das Reaktivgas (R) durch eine Reaktionskammer (K) einer Ätzanlage geleitet, bis alle Prozessparameter auf die Sollwerte geregelt sind; während dieser Stabilisierung werden alle Einstellparamenter der Ätzanlage in einem Speicher (S) gespeichert. Nach dem Speichern wird der Gasfluss eines anstelle des Reaktivgases (R) durch die Reaktionskammer (K) geleiteten Inertgases (I), z. B. Helium, mit einem Anfangswert beginnend vergrößert, bis derjenige Referenzgasfluss gefunden wird, der dieselben Einstellparameter verursacht wie das Rekativgas (R). Dieser Referenzgasfluss wird ebenfalls im Speicher (S) gespeichert. Bei jedem folgenden Ätzprozess wird die Ätzanlage zuerst mittels des mit dem ermittelten Referenzgasfluss die Reaktionskammer (K) durchströmenden Inertgases (I) eingestellt, um nach vollendeter Stabilisierung das Reaktivgas (R) durch die Reaktionskammer (K) zu leiten und für den eigentlichen Ätzprozess das Plasma (PL) zu zünden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Probe in einer Ätzanlage mittels eines Plasmas aus einem Reaktivgasgemisch, das durch eine Reaktionskammer mit einer Einlassöffnung zur Gaszufuhr und mit einer Auslassöffnung zum Gasausfluss geleitet wird, in welcher sich die zu ätzende Probe befindet, mit einer Einrichtung zur Zündung und Erhaltung des Plasmas, wobei in einem ersten Stabilisierungsschritt das Reaktivgasgemisch durch die Reaktionskammer geleitet wird, wobei eine Steuereinheit der Ätzanlage alle Prozessparameter auf die Sollwerte regelt und wobei in einem zweiten Schritt das Plasma gezündet wird.

Die Erfindung betrifft weiter eine Ätzanlage zum Ätzen einer Probe mittels eines Plasmas aus einem Reaktivgasgemisch, das durch eine Reaktionskammer mit einer Einlassöffnung zur Gaszufuhr und mit einer Auslassöffnung zum Gasabfluss leitbar ist, in welcher sich die zu ätzende Probe befidnet, mit einer Einrichtung zur Zündung und Erhaltung des Plasmas, wobei in einem ersten Stabilisierungsschritt das Reaktivgasgemisch durch die Reaktionskammer leitbar ist, wobei eine Steuereinheit in der Ätzanlage zur Regelung aller Prozessparameter auf die Sollwerte vorgesehen ist und wobei in einem zweiten Schritt das Plasma zündbar ist.

Ätzverfahren werden beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterchips eingesetzt. Auf eine Schicht, z. B. aus Silizium, eines Halbleiters wird eine Maske gesetzt. Die nicht von der Maske geschützten Flächen der Schicht werden mittels eines Plasmas geätzt, weil das Plasma die Fähigkeit hat, das zu ätzende Material in die Gasphase umzusetzen.

In einer Ätzanlage befindet sich die Probe, beispielsweise ein Mehrschichtensystem aus mehreren Schichten, in einer Reaktionskammer mit einer Einlassöffnung zur Gaszufuhr und mit einer Auslassöffnung zum Gasabfluss. Zu Beginn des Ätzprozesses wird zunächst ein Reaktivgasgemisch, z. B. ein chlorhaltiges Gas, mit welchem sich Silizium ätzen lässt, durch die Reaktionskammer geleitet. Eine Steuereinheit der Ätzanlage regelt alle Prozessparameter auf die Sollwerte. Nach Einregelung auf die Sollwerte wird das Plasma in der Reaktionskammer gezündet. Nun beginnt der Ätzprozess. Bei einem Mehrschichtensystem sind aber mehrere Ätzprozesse mit unterschiedlichen Reaktivgasen, Temperaturen, Drücken und Gasflüssen usw. zu fahren. Für jeden Teilprozess müssen die Prozessparameter neu eingeregelt werden. Bei jeder Einregelung aber wird unnütz Reaktivgas durch die Reaktionskammer ins Freie geblasen.

Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass größere Mengen des teueren und häufig auch umweltschädlichen Reaktivgases zur Einregelung der Prozessparameter erforderlich sind und anschließend ins Freie geblasen werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Ätzanlage zum Ätzen einer Probe mittels eines Plasmas so zu gestalten, dass möglichst wenig Reaktivgas verbraucht wird, um die Verfahrenskosten und die Umweltverschmutzung möglichst gering zu halten.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst,

– dass alle Einstellparameter der Ätzanlage, während der Stabilisierung mit dem Reaktivgasgemisch gespeichert werden,
– dass nach dem Speichern der Einstellparameter anstelle des Reaktivgasgemisches ein Inertgas in die Reaktionskammer geleitet wird,
– dass durch Verändern des Gasflusses des Inertgases derjenige Inertgasfluss ermittelt und ebenfalls im Speicher gespeichert wird, der dieselben Einstellparameter bewirkt wie zuvor das Reaktivgas, und somit den eigentlichen Stabilisierungsschritt mit Reaktivgasgemisch ersetzt.
– dass nach Stabilisierung mit diesem Inertgas wieder das Reaktivgasgemisch eingelassen wird ohne eine Änderung der Einstellparameter zur Folge zu haben,
– und dass das Plasma jetzt gezündet wird.

Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst,

– dass alle Einstellparameter der Ätzanlage, während des Prozessablaufes , in einem Speicher speicherbar sind,
– dass nach dem Speichern der Einstellparameter anstelle des Reaktivgasgemisches ein Inertgas durch die Reaktionskammer leitbar ist,
– dass durch Verändern des Gasflusses des Inertgases derjenige Inertgasfluss ermittelbar und speicherbar ist, der dieselben Einstellparameter bewirkt wie zuvor das Reaktivgas,
– dass nach Stabilisierung mit diesem Inertgas wieder das Reaktivgasgemisch eingelassen wird ohne eine Önderung der Einstellparameter zur Folge zu haben,
– und dass jetzt das Plasma zündbar ist.

Die Erfindung sieht zunächst wie beim bekannten Verfahren vor, das Reaktivgas durch die Reaktionskammer zu leiten, um die Prozessparameter auf die Sollwerte zu regeln und zu stabilisieren. Anschließend wird in einem zweiten Schritt das Plasma gezündet.

Neu gegenüber dem bekannten Verfahren ist nun, dass, während der Stabilisierung, alle Einstellparameter der Ätzanlage in einem Speicher gespeichert werden. Nach dem Speichern der Einstellparameter wird anstelle des Reaktivgases ein Inertgas, durch die Reaktionskammer geleitet. Ein Inertgas ist ein Gas, das keine Reaktionen mit der in der Reaktionskammer sitzenden Probe eingeht.

Erfindungsgemäß wird nun der Gasfluss des Inertgases so lange verändert, bis derjenige Referenzgasfluss ermittelt ist, der dieselben Einstellparameter wie zuvor das Reaktivgas bewirkt. Dieser Referenzgasfluss wird ebenfalls in Speicher gespeichert. Beispielsweise wird der Gasfluss des Inertgases mit einem Anfangswert von 100 sccm beginnend erhöht, bis derjenige Gasfluss ermittelt wird, der dieselben Einstellparameter bewirkt wie zuvor das Reaktivgas.

Unter Beibehaltung dieser ermittelten Einstellparameter wird nun zum Stabilisieren des Prozesses anstelle des Reaktivgas das Inertgases mit dem ermitteltem Gasfluß durch die Reaktionskammer geleitet. Nach Umschalten auf das Reaktivgasgemisch unter Beibehaltung aller Einstellparameter kann das Plasma ohne Zeitverzögerung sofort gezündet werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass mittels eines preiswerten und umweltfreundlichen Inertgases die Einstellparameter und damit der Prozess stabilisiert werden. Aus diesen Gründen werden die Kosten zum Ätzen beim erfindungsgemäßen Verfahren erheblich verringert. Außerdem geht die Umweltbelastung erheblich zurück.

Vorzugsweise sind im Speicher einer erfindungsgemäßen Ätzanlage Prozess- und Einstellparameter für mehrere unterschiedliche Ätzprozesse gespeichert. Wie bereits erwähnt, werden bei Ätzprozessen, deren Parameter bereits gespeichert sind, die zugehörenden Parameter im Speicher abgefragt, um die Ätzanlage korrekt einzustellen.

Die Erfindung wird anhand der Figur nun näher beschrieben und erläutert.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ätzanlage im Prinzip dargestellt.
In einer Reaktionskammer befindet sich die zu ätzende Probe P zwischen zwei Elektroden EL. Ein erster Ausgang einer Steuereinheit SE, an welchem eine hohe Gleichspannung abgegeben werden kann, ist mit der einen Elektrode EL verbunden, während die andere Elektrode EL auf Masse liegt. Ein zweiter Ausgang der Steuereinheit SE, an welchem eine hochfrequente Hochspannung HF abgegeben werden kann, ist über eine Kapazität C mit der einen Elektrode EL verbunden. Ein Steuerausgang der Steuereinheit SE ist mit einem Stellventil V verbunden, an welches das Inertgas I und das Reaktivgas R angeschlossen sind. Vom Stellventil V wird entweder das Inertgas I oder das Reaktivgasgemisch R durch eine Einlassöffnung E in die Reaktionskammer K geleitet, die eine Auslassöffnung A zur Gasabfuhr aufweist. In der Reaktionskammer K ist z.B. ein Messsensor M zur Erfassung der Prozesspara meter angeordnet. Der Ausgang des Messsensors M ist mit einem Speicher S zum Speichern der Prozess- und Einstellparameter verbunden.
Zu Beginn eines Ätzprozesses stellt die Steuereinheit SE das Stellventil V so, dass das Reaktivgasgemisch R durch die Reaktionskammer K fließt. Es werden nun in einem ersten Stabilisierungsschritt alle Prozessparameter, die der Messsensor M misst, auf die Sollwerte geregelt. Im folgenden zweiten Stabilisierungsschritt wird das Plasma gezündet. Es werden jetzt alle Einstellparameter der Ätzanlage im Speicher S gespeichert, während der Prozess läuft.
Nachdem alle Parameter gespeichert sind, stellt die Steuereinheit SE das Steuerventil V um, so dass jetzt anstelle des Reaktivgases R das Inertgas I durch die Reaktionskammer K fließt. Die Steuereinheit SE erhöht nun mit einem Anfangswert beginnend den Gasfluss des Inertgases I so lange, bis derjenige Referenzgasfluss erreicht wird, der dieselben Einstellparameter verursacht wie zuvor das Reaktivgas. Dieser Referenzgasfluss wird ebenfalls im Speicher S gespeichert.
Zum Ätzen der Probe wird unter Beibehaltung der ermittelten Einstellparameter anstelle des Inertgases I das Reaktivgas R mit dem mittels des Inertgases I ermittelten Referenzgasfluss durch die Reaktionskammer K geleitet. Jetzt wird das Plasma gezündet, um die Probe zu ätzen.
Bei jedem weiteren Ätzprozess der gleichen Art wird der Gasfluss des Reaktivgases R auf den mittels des Inertgases I zugehörenden Wert geregelt. Im Speicher S lassen sich beispielsweise Parameter für mehrere unterschiedliche Ätzprozesses, Reaktivgase und Proben speichern. Die Mess- und Speichervorgänge sind nur für neue Ätzprozesse erforderlich. Für bereits durchgeführte Ätzprozesse kann auf die im Speicher S gespeicherten Parameter zurückgegriffen werden. Aus diesen Gründen zeichnen sich das erfindungsgemäße Ätzverfahren und die erfindungsgemäße Ätzanlage durch geringe Verfahrenskosten und geringe Umweltbelastung aus. Je mehr Stabilisierungsschritte erforderlich sind, desto stärker wirken sich diese Vorteile der Erfindung aus.

A: Auslassöffnung
C: Kapazität
DC: Gleichspannung
E: Einlassöffnung
EL: Elektrode
HF: Hochfrequente Hochspannung
I: Inertgas
K: Reaktionskammer
M: Messsensor
P: Probe
PL: Plasma
R: Reaktivgas
S: Speicher
SE: Steuereinheit
V: Stellventil

Claims

Verfahren zum Ätzen einer Probe (P) in einer Ätzanlage mittels eines Plasmas (PL) aus einem Reaktivgasgemisch (R), das durch eine Reaktionskammer (K) mit einer Einlassöffüung (E) und mit einer Auslassöffnung (A) geleitet wird, in welcher sich die zu ätzende Probe (P) befindet, mit einer Einrichtung zur Zündung und Erhaltung des Plasmas (PL), wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Reaktivgasgemisch (R) durch die Reaktionskammer (K) geleitet wird und wobei eine Steuereinheit (SE) der Ätzanlage alle Prozessparameter auf die Sollwerte regelt und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Plasma (PL) gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass Einstellparameter der Ätzanlage zumindest, während des 1. Verfahrensschrittes, in einem Speicher (S) gespeichert werden, – dass nach dem Speichern der Einstellparameter anstelle des Reaktivgasgemisches (R) ein Inertgas (I) durch die Reaktionskammer (K) geleitet wird, – dass durch Verändern des Gasflusses des Inertgases (I) derjenige Gasfluss ermittelt wird, der dieselben Einstellparameter verursacht wie zuvor das Reaktivgasgemisch (R). 1a. – dass in die Reaktionskammer (K) solange mit ermittelten Referenzgasfluss des Inertgases eingelassen wird, bis die Einstellparameter im Prozess stabiliesiert sind, – dass anschließend von Inertgas auf Reaktivgasgemisch umgeschaltet wird unter Beibehaltung der Einstellparameter – anschließend erfolgt eine Zündung des Plasmas.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasflüsse für mehrere unterschiedliche Reaktivgase (R) ermittelt und im Speicher (S) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn eines Ätzprozesses das I nertgas (I) mit dem zum vorgesehenen Reaktivgas (R) gespeicherten Referenzgasfluss durch die Reaktionskammer (K) geleitet wird, bis Stabilisierung eintritt, dass anschließend das Reaktivgas (R) unter Beibehaltung der Einstellparameter durch die Reaktionskammer (K) geleitet wird und dass das Plasma (PL) zum Ätzen gezündet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Inertgas (I) Helium, Argon oder Xenon vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Wert für den Referenzgasfluss in dem Speicher (S) gespeichert wird.
Ätzanlage zum Ätzen einer Probe (P) mittels eines Plasmas (PL) aus einem Reaktivgas (R), das durch eine Reaktionskammer (K) mit einer Einlassöffnung (E) zur Gaszufuhr und mit einer Auslassöffnung (A) zum Gasabfluss leitbar ist, in welcher sich die zu ätzende Probe (P) befindet, mit Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Hochspannungsfeldes zur Zündung und Erhaltung des Plasmas (PL), wobei in einem ersten Stabilisierungsschritt das Reaktivgas (R) durch die Reaktionskammer (K) leitbar ist, wobei eine Steuereinheit (SE) der Ätzanlage zur Regelung aller Prozessparameter auf die Sollwerte vorgesehen ist und wobei in einem zweiten Schritt das Plasma (PL) zündbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass alle Einstellparameter der Ätzanlage, während der Prozess läuft, in einem Speicher (S) speicherbar sind, – dass nach dem Speichern der Einstellparameter anstelle des Reaktivgases (R) ein Inertgas (I) durch die Reaktionskammer (K) leitbar ist, – dass durch Verändern des Gasflusses des Inertgases (I) derjenige Referenzgasfluss ermittelbar und ebenfalls im Speicher (S) speicherbar ist, der dieselben Einstellparameter verursacht wie zuvor das Reaktivgas (R), – dass zum Ätzen der Probe (P) unter Beibehaltung der ermittelten Einstellparame ter anstelle des Inertgases (I) das Reaktivgas (R) durch die Reaktionskammer (K) leitbar ist, – und dass das Plasma (PL) Ohne Stabilisierung mit Reaktivgas und ohne Zeitverzögerung zündbar ist.
Ätzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn eines Ätzprozesses das Inertgas (I) mit dem zum vorgesehenen Reaktivgas (R) gehörenden und gespeicherten Referenzgasfluss durch die Reaktionskammer (K) leitbar ist, bis Stabilisierung eintritt, dass anschließend unter Beibehaltung der Einstellparameter das vorgesehene Reaktivgas (R) durch die Reaktionskammer (K) leitbar ist und dass das Plasma (PL) zum Ätzen des Probe (P) zündbar ist.
Ätzanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Inertgas (I) Helium vorgesehen ist.
Ätzanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Zündung Elektroden oder eine Elektroden-/Spulenanordnung aufweist.