DE112010003657B4

DE112010003657B4 - Ätzanlage

Info

Publication number: DE112010003657B4
Application number: DE112010003657.8T
Authority: DE
Inventors: Takuma KAMIJO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: US20130020027A1; WO2012011171A1; DE112010003657T5; CN102439701A; CN102439701B; JPWO2012011171A1; JP5382125B2

Abstract

Ätzanlage zum Ätzen eines Werkstücks unter Verwendung eines Plasmas, wobei die Ätzanlage umfasst: einen Objekttisch mit einer Trägeroberfläche, auf der das Werkstück angebracht ist; einen Plasmagenerator, der dazu ausgelegt ist, das Plasma über dem Objekttisch zu erzeugen, wobei er Plasmagenerator das Plasma in einem Raum um eine mittlere Achse der Trägeroberfläche in einer höheren Konzentration erzeugt als in einem Raum auf der mittlere Achse; eine mittlere Elektrode, die unterhalb eines Raumes angeordnet ist, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und an einer Position, durch die die mittlere Achse führt, wobei ein Potential der mittleren Elektrode regelbar ist; und eine Umfangselektrode, die oberhalb des Objekttischs und unterhalb der mittleren Elektrode angeordnet ist, wobei sich die Umfangselektrode, betrachtet entlang der mittleren Achse, entlang eines Umfangs der mittleren Elektrode erstreckt und ein Potential der Umfangselektrode regelbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die in der vorliegenden Erfindung offenbarte Technologie betrifft eine Ätzanlage zum Ätzen eines Werkstücks unter Verwendung von Plasma.
STAND DER TECHNIK
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2004241792 A (nachfolgend als Patentschrift 1 bezeichnet) offenbart eine Ätzanlage zum Ätzen eines Werkstücks unter Verwendung von Plasma. Diese Ätzanlage umfasst ein Objekttisch, eine Kammer, eine Gaszuführleitung und eine Luftspule. Wenn mit dieser Ätzanlage geätzt wird, wird ein Werkstück auf dem Objekttisch befestigt und ein Ätzgas wird über die Gaszuführleitung in die Kammer geleitet. Anschließend wird eine hochfrequente Spannung an die Luftspule angelegt und eine hochfrequente Spannung wird an den Objekttisch angelegt. Wenn die hochfrequente Spannung an den Objekttisch angelegt wird, wird in einem Raum über dem Objekttisch in der Kammer ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Ferner wird, wenn die hochfrequente Spannung an die Luftspule angelegt wird, in dem Raum über dem Objekttisch in der Kammer ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Daraufhin wird aufgrund der Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit dem magnetischen Feld das Ätzgas ionisiert und in dem Raum über dem Objekttisch ein Plasma erzeugt. Wenn ein Plasma erzeugt wird, wird der Objekttisch negativ aufgeladen. Daher werden Ionen in dem Plasma in Richtung des Werkstücks auf dem Objekttisch beschleunigt, wenn sich das erzeugte Plasma zu einem Raum in der Nähe des Werkstücks auf dem Objekttisch bewegt. Dadurch werden die Ionen in dem Plasma in das Werkstück implantiert. Ferner reagieren Radikale in dem Plasma mit dem Werkstück. Demzufolge wird das Werkstück durch die Radikale und die Ionen geätzt.
Gemäß der Ätzanlage der Patentschrift 1 wird in einem Umfangsbereich des Raums über dem Objekttisch eine höhere Konzentration an Plasma erzeugt als in einem mittleren Bereich des Raums über dem Objekttisch. Wenn das Plasma unter Aufrechterhaltung dieser Konzentrationsverteilung das Werkstück erreicht, wird aufgrund des hoch konzentrierten Plasmas ein Umfangsbereich des Werkstücks mit einer hohen Rate geätzt, und ein mittlerer Bereich des Werkstücks wird aufgrund des niedrig konzentrierten Plasmas mit einer niedrigen Rate geätzt. Mit anderen Worten, die Ätzrate des Werkstücks wird ungleichmäßig. Um dieses Problem zu lösen, umfasst die Ätzanlage der Patentschrift 1 einen Fokussierungsring, der um den Objekttisch angeordnet ist. An den Fokussierungsring wird eine hochfrequente Spannung angelegt. Wenn die hochfrequente Spannung an den Fokussierungsring angelegt wird, werden Ionen in dem in der Nähe des Umfangsbereichs des Werkstücks vorhandenen Plasma von dem Fokussierungsring angezogen, und zwischen dem Fokussierungsring und den Radikalen in dem Plasma wird eine Reaktion gefördert. Gemäß der Ätzanlage der Patentschrift 1 wird das in der Nähe des Umfangsbereichs des Werkstücks vorhandene Plasma zu dem Fokussierungsring gezogen, so dass die Konzentration des Plasmas in der Nähe des Umfangsbereichs des Werkstücks stark abnimmt. Als Folge davon wird die Konzentration des Plasmas in der Nähe des Werkstücks gleichmäßig, und das Werkstück kann gleichmäßig geätzt werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei auf folgenden Stand der Technik hingewiesen. Aus der JP H06-252097 A ist eine Plasmaätzvorrichtung bekannt, die eine schnelle Ausbildung eines hochpräzisen Mustern auf einer Schichtstruktur ermöglicht, ohne dabei das zugrundeliegende Substrat zu beschädigen. Aus der JP S56-076242 A ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer schnellen und gleichmäßigen Ätzung unter Verwendung einer Gasplasmareaktion bekannt, wobei eine durchlässige Elektrode („porous electrode”) zwischen ersten und einer zweiten Elektroden angeordnet und mit einer der zwei Elektroden und Masse verbunden ist. Aus der US 2002/0096258 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Plasmabearbeitung eines Halbleitersubstrats offenbart.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die Ätzanlage der Patentschrift 1 zieht das Plasma in dem Umfangsbereich zu dem Fokussierungsring, wodurch die Konzentration des Plasmas in dem Umfangsbereich verringert ist. Das zu dem Fokussierungsring gezogene Plasma liefert überhaupt keinen Beitrag zum Ätzen des Werkstücks. Somit liefert gemäß der Ätzanlage der Patentschrift 1 der größte Teil des in dem Umfangsbereich erzeugten Plasmas keinen Beitrag zum Ätzprozess. Daher besteht ein Problem dieser Ätzanlage darin, dass eine erhebliche Energiemenge verschwendet wird, so dass der Ätzprozess nicht effizient ist.
Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung eine Ätzanlage bereit, die ein Werkstück gleichmäßig und effizient ätzen kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine in der vorliegenden Erfindung offenbarte Ätzanlage ätzt ein Werkstück unter Verwendung von Plasma. Diese Ätzanlage umfasst einen Objekttisch, einen Plasmagenerator, eine mittlere Elektrode und eine Umfangselektrode. Der Objekttisch umfasst eine Trägeroberfläche. Das Werkstück ist auf der Trägeroberfläche angebracht. Der Plasmagenerator erzeugt über dem Objekttisch ein Plasma, so dass in einem Raum um die mittlere Achse der Trägeroberfläche ein Plasma mit einer höheren Konzentration erzeugt wird als in einem Raum auf der mittleren Achse. Die mittlere Elektrode ist unterhalb eines Raumes angeordnet, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und an einer Position, durch die die mittlere Achse führt. Ein Potential der mittleren Elektrode ist regelbar. Die Umfangselektrode ist oberhalb des Objekttischs und unterhalb der mittleren Elektrode angeordnet. Die Umfangselektrode erstreckt sich, betrachtet entlang der mittlere Achse, entlang eines Umfangs der mittleren Elektrode. Ein Potential der Umfangselektrode ist regelbar.
Die Formulierung „erzeugt ein Plasma über dem Objekttisch, wobei der Plasmagenerator in einem Raum um eine mittlere Achse der Trägeroberfläche eine höhere Konzentration erzeugt als auf der mittlere Achse” umfasst eine Konfiguration, die in einem Raum auf der mittleren Achse der Trägeroberfläche ein Plasma niedriger Konzentration erzeugt, und eine Konfiguration, die in dem Raum auf der mittleren Achse der Trägeroberfläche überhaupt kein Plasma erzeugt.
Gemäß dieser Ätzanlage ist ein elektrisches Feld in einem Raum zwischen der mittleren Elektrode und dem Objekttisch (nachfolgend als der Raum über dem Objekttisch bezeichnet) regelbar, indem ein Potential der mittleren Elektrode und ein Potential der Umfangselektrode während dem Ätzprozess geregelt werden. Das elektrische Feld, das sich von der mittleren Elektrode in Richtung des Objekttischs erstreckt, ist regelbar, indem das Potential der mittleren Elektrode auf ein Potential zwischen einem Potential eines Raums, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und einem Potential des Objekttischs geregelt wird. Das elektrische Feld, das sich von dem Umfangsbereich in Richtung des mittleren Bereichs erstreckt, kann in dem Raum über dem Objekttisch erzeugt werden, indem das Potential der Umfangselektrode auf ein Potential zwischen dem Potential des Raums, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und dem Potential des Objekttischs geregelt wird. Dadurch kann das elektrische Feld, das sich in Richtung des Objekttischs und der mittleren Achse der Trägeroberfläche erstreckt, in dem Raum über dem Objekttisch erzeugt werden, indem das Potential der mittleren Elektrode und das Potential der Umfangselektrode geregelt werden. Durch dieses elektrische Feld können Ionen in dem Plasma, das in hoher Konzentration in dem Raum des Umfangsbereichs über dem Objekttisch erzeugt wird, zur Mitte der Trägeroberfläche bewegt werden. Dadurch wird die Konzentration von Ionen in dem Plasma gleichmäßig, während das Plasma das Werkstück auf dem Objekttisch erreicht. Somit können Ionen gleichmäßiger in das Werkstück implantiert werden. Daher kann gemäß dieser Ätzanlage das Werkstück gleichmäßiger geätzt werden. In dieser Ätzanlage werden die meisten Ionen des erzeugten Plasmas in das Werkstück implantiert. Mit anderen Worten, die meisten der Ionen in dem erzeugten Plasma liefern einen Beitrag zum Ätzprozess. Folglich kann gemäß dieser Ätzanlage das Werkstück effizient geätzt werden.
In der oben beschriebenen Ätzanlage erstreckt sich die Umfangselektrode vorteilhafterweise vertikal.
In dieser Konfiguration kann das elektrische Feld, das sich in Richtung der mittleren Achse der Trägeroberfläche erstreckt, leichter erzeugt werden.
Die oben erwähnte Ätzanlage kann ferner vorzugsweise einen Potentialregler umfassen, der dazu ausgelegt ist, das Potential der mittleren Elektrode und das Potential der Umfangselektrode so zu regeln, dass sie niedriger als ein Potential des Raums sind, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und höher als ein Potential des Objekttischs. Der Potentialregler kann eine Verdrahtung zur Verbindung der mittleren Elektrode und der Umfangselektrode mit Erde sein, oder kann eine Leistungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die mittlere Elektrode und die Umfangselektrode sein. Es ist vorteilhaft, wenn der Potentialregler das Potential der mittleren Elektrode unabhängig von dem Potential der Umfangselektrode regeln kann.
Wenn so das Potential der mittleren Elektrode auf diese Weise unabhängig von dem Potential der Umfangselektrode geregelt werden kann, kann in dem Raum über dem Objekttisch ein elektrisches Feld erzeugt werden, das zur Erzeugung einer gleichmäßigen Ionenkonzentration geeigneter ist.
In der oben erwähnten Ätzanlage können die mittlere Elektrode und die Umfangselektrode als eine Elektrode ausgelegt sein, was man dadurch erhält, dass man die mittlere Elektrode und die Umfangselektrode miteinander verbindet. In diesem Fall können mehrere Durchgangslöcher vorzugsweise in der einen Elektrode ausgebildet sein, so dass sie die eine Elektrode von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche durchdringen.
Gemäß dieser Konfiguration kann sich das durch den Plasmagenerator erzeugte Plasma über die Durchgangslöcher in der Elektrode zu dem Raum über dem Objekttisch bewegen. Das Plasma, das sich zu dem Raum über dem Objekttisch bewegt hat, wird durch das durch die Elektrode erzeugte elektrische Feld gleichmäßig verteilt. Als Folge davon kann das Werkstück gleichmäßig und effizient geätzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Ätzanlage 10 einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung von Elementen in einer Kammer 20 zeigt, betrachtet entlang einer mittlere Achse 32a.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Darstellung von Äquipotentiallinien 100 in einem Raum 44.
4 ist eine Kennlinie, die eine Verteilung eines Verarbeitungsbetrages darstellt, wenn durch die Ätzanlage 10 der ersten Ausführungsform ein Ätzprozess durchgeführt wird.
5 ist eine Kennlinie, die eine Verteilung eines Verarbeitungsbetrages darstellt, wenn durch eine herkömmliche Ätzanlage ein Ätzprozess durchgeführt wird.
6 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ätzanlage einer Variante darstellt.
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ätzanlage einer Variante darstellt.
8 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ätzanlage 210 einer zweiten Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine Ätzanlage gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Ätzanlage 10 eine Kammer 20. Eine Ätzgasversorgungsleitung 62 ist mit einem oberen Abschnitt der Kammer 20 verbunden. Die Ätzgasversorgungsleitung 62 leitet Ätzgas (SF6 in dieser Ausführungsform) in die Kammer 20. Eine Abgasleitung 38 ist mit einem unteren Abschnitt der Kammer 20 verbunden. Die Abgasleitung 38 ist mit einer Abgaspumpe verbunden, die nicht dargestellt ist. Die Abgasleitung 38 führt das Gas in der Kammer 20 ab, wie es durch eine Pfeilmarkierung 80 in 1 gezeigt ist. Eine Sprühplatte 60, eine HF-Elektrode 50, eine Mittlere Elektrode 42, eine Umfangselektrode 40 und ein Objekttisch 30 sind in der Kammer 20 angeordnet.
Die Sprühplatte 60 ist am oberen Ende der Kammer 20 angeordnet. Viele Durchgangslöcher sind in der Sprühplatte 60 ausgebildet. Das von der Ätzgasversorgungsleitung 62 gelieferte Ätzgas wird durch die Durchgangslöcher der Sprühplatte 60 in die Kammer 20 eingeleitet, wie es durch eine Pfeilmarkierung 70 in 1 gezeigt ist. Die Sprühplatte 60 ist ein Leiter und ist mit Erde verbunden.
Die HF-Elektrode 50 ist unterhalb der Sprühplatte 60 angeordnet. 2 zeigt eine Anordnung von Elementen in der Kammer 20, betrachtet entlang der mittleren Achse der Kammer 20. In 2 ist jedes Element schraffiert, um die Darstellung leicht zu erkennen. Wie es in 2 gezeigt ist, erstreckt sich die HF-Elektrode entlang einer Innenwandoberfläche der Kammer 20. Die HF-Elektrode 50 ist an einer Position auf der linken Seite in 2 unterbrochen. Ein Ende der HF-Elektrode 50 ist mit einem Hochfrequenz-Netzteil 52 verbunden. Das weitere Ende der HF-Elektrode 50 ist mit Erde verbunden. Wenn durch das Hochfrequenz-Netzteil 52 eine hochfrequente Spannung an die HF-Elektrode 50 angelegt wird, wird in einem durch die HF-Elektrode 50 in 1 umgebenen Raum 54 ein vertikales magnetisches Wechselfeld erzeugt. Wenn in dem Raum 54 das magnetische Wechselfeld erzeugt wird, wird in dem Raum 54 Plasma erzeugt, wie es weiter unten beschrieben ist. Nachfolgend ist der Raum 54 als Plasmaerzeugungsraum 54 bezeichnet.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Mittlere Elektrode 42 unter dem Plasmaerzeugungsraum 54 angeordnet. Die Mittlere Elektrode 42 ist an einer Position angeordnet, durch die eine mittlere Achse 32a einer Trägeroberfläche 32 eines weiter unten beschriebenen Objekttisches führt. Wie es in 2 gezeigt ist, hat die Mittlere Elektrode 42 die Form einer Scheibe, deren Mitte auf der mittlere Achse 32a liegt. Ein Durchmesser der mittleren Elektrode 42 ist kleiner als ein Innendurchmesser der HF-Elektrode 50. Die Mittlere Elektrode 42 ist mit Erde verbunden.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Umfangselektrode 40 unterhalb der mittleren Elektrode 42 angeordnet. 1 und 2 zeigen die Umfangselektrode 40, die eine zylindrische Form besitzt, die sich vertikal in der Kammer 20 erstreckt. Eine mittlere Achse der Umfangselektrode 40 ist etwa dieselbe wie die mittlere Achse 32a. Ein Innendurchmesser der Umfangselektrode 40 ist größer als ein Durchmesser der mittleren Elektrode 42. Mit anderen Worten, die Umfangselektrode 40 erstreckt sich entlang des Umfangs der mittleren Elektrode 42, wie es in 2 gezeigt ist, wobei ein Abstand von der mittleren Elektrode 42, betrachtet entlang der mittlere Achse 32a, konstant ist. Die Umfangselektrode 40 ist mit Erde verbunden.
Der Objekttisch 30 ist an einem Boden der Kammer 20 angeordnet. Die Trägeroberfläche 32 ist auf einer oberen Oberfläche des Objekttischs 30 ausgebildet. Die Trägeroberfläche 32 ist eine Ebene, deren äußere Form ein Kreis ist. Ein Wafer 34, der ein Werkstück ist, kann auf der Trägeroberfläche 32 angebracht werden. Die mittlere Achse 32a der Trägeroberfläche 32 ist etwa dieselbe wie die mittlere Achse der Innenwandoberfläche der Kammer 20. Ein Durchmesser des Objekttischs 30 ist kleiner als der Innendurchmesser der Umfangselektrode 40. Mit anderen Worten, der Durchmesser der Trägeroberfläche 32 ist kleiner als der Innendurchmesser der Umfangselektrode 40. Der Objekttisch 30 ist ein Leiter. Der Objekttisch 30 ist über einen Sperr- oder Blockungskondensator 36 mit Erde verbunden.
Nachfolgend ist ein Betrieb der Ätzanlage 10 beim Ätzen des Wafers 34 beschrieben. Die Oberfläche des Wafers 34 ist mit einer Siliziumschicht überdeckt, und nachfolgend ist ein Prozess zum Ätzen dieser Siliziumschicht beschrieben.
Zuerst wird der Wafer 34 auf der Trägeroberfläche 32 des Objekttischs 30 angebracht. Dann wird eine Absaugpumpe, die nicht dargestellt ist, in Betrieb gesetzt, um Gas in der Kammer 20 durch das Ableitungsrohr 38 abzusaugen. Dadurch wird der atmosphärische Druck in der Kammer 20 verringert. Wenn der atmosphärische Druck in der Kammer 20 ausreichend verringert ist, wird durch die Ätzgasversorgungsleitung 62 ein Ätzgas eingeleitet, während die Absaugpumpe weiter betrieben wird. Das Ätzgas strömt durch die Durchgangslöcher der Sprühplatte 60 in die Kammer 20. Anschließend wird durch das Hochfrequenz-Netzteil 52 eine hochfrequente Spannung an die HF-Elektrode 50 angelegt. Wenn an die HF-Elektrode 50 die hochfrequente Spannung angelegt wird, wird in dem Plasmaerzeugungsraum 54 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Durch die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes wird das Ätzgas in dem Plasmaerzeugungsraum 54 ionisiert. Auf diese Weise wird in dem Plasmaerzeugungsraum 54 Plasma erzeugt. Konkret, das Ätzgas SF₆ wird dissoziiert, und die Radikale (F*, SF₅*, SF₄*), Ionen (SF₅ ⁺, SF₄ ²⁺) und Elektronen werden erzeugt. Die erzeugten Elektronen werden sofort von der Sprühplatte 60 und dem Objekttisch 30 angezogen. Daher wird in dem Plasmaerzeugungsraum 54 ein Plasma aus den Radikalen und den Ionen erzeugt. Durch das Hochfrequenz-Netzteil 52, das kontinuierlich die hochfrequente Spannung an die HF-Elektrode 50 anlegt, wird in dem Plasmaerzeugungsraum 54 fortwährend das Plasma erzeugt.
In dem Plasmaerzeugungsraum 54 wird in einem Umfangsbereich, der nahe bei der HF-Elektrode 50 ist, ein höheres magnetisches Feld erzeugt als in einem mittleren Bereich (d. h. einem Bereich um die mittlere Achse 32a), der sich in einem größeren Abstand von der HF-Elektrode 50 befindet. Daher wird in dem Umfangsbereich des Plasmaerzeugungsraums 54 das Plasma mit einer höheren Konzentration erzeugt als in dem mittleren Bereich des Plasmaerzeugungsraums 54.
Ferner werden, während das Plasma erzeugt wird, die Elektronen von dem Objekttisch 30 angezogen und der Objekttisch 30 negativ aufgeladen. In dem Plasmaerzeugungsraum 54 kommen viel weniger Elektronen vor als Radikale und Ionen, so dass das Potential des Plasmaerzeugungsraums 54 ein hohes Potential annimmt.
Das in dem Plasmaerzeugungsraum 54 erzeugte Plasma fließt durch die Strömung des Gases und die Abstoßung zwischen den Ionen in der Kammer 20 nach unten in die Kammer 20. Mit anderen Worten, das Plasma fließt über den Raum zwischen der mittleren Elektrode 42 und der Umfangselektrode 40 von dem Plasmaerzeugungsraum 54 zu einem Raum 44 über dem Objekttisch 30. Wie es oben erwähnt ist, ist der Objekttisch 30 negativ geladen. Das heißt, der Objekttisch 30 mit negativem Potential befindet sich in einem unteren Teil des Raumes 44. Andererseits liegen das Potential der mittleren Elektrode 42 und das Potential der Umfangselektrode 40 auf 0 V, da die Mittlere Elektrode 42 und die Umfangselektrode 40 mit Erde verbunden sind. Mit anderen Worten, der Raum 44 ist oben und seitlich durch die Mittlere Elektrode 42 und die Umfangselektrode 42, deren Potential auf 0 V liegt, umschlossen. Daher ist das Potential in dem Raum 44 so verteilt, wie es durch die Äquipotentiallinien 100 in 3 gezeigt ist. Das heißt, das Potential ist so verteilt, dass die Äquipotentiallinien 100 nahe der mittleren Achse 32a nach oben ragen. Das bedeutet, dass von der Seite der Umfangselektrode 40 zu der Seite der mittlere Achse 32a in dem Raum 44 ein elektrisches Feld erzeugt wird. Die Ionen bewegen sich in Richtungen, die etwa senkrecht zu den Äquipotentiallinien 100 sind. Als Folge davon bewegen sich die Ionen, während sie sich nach unten bewegen, zur mittlere Achse 32a, wie es durch Pfeilmarkierungen 110 in 3 gezeigt ist. Wie es oben erwähnt ist, wird innerhalb des Plasmaerzeugungsraums 54 Plasma (das heißt Ionen) in dem Umfangsbereich in einer höheren Konzentration erzeugt. Da die bei einer hohen Konzentration in dem Umfangsbereich erzeugten Ionen in der Kammer 20 nach unten strömen, während sie zur mittlere Achse 32a gezogen werden, wird die Konzentration der Ionen in Bereichen näher bei dem Wafer 34 gleichmäßiger.
Wenn das Plasma die Oberfläche des Wafers 34 erreicht, reagieren die Radikale des Plasmas mit dem Wafer 34 (das heißt dem Silizium). Dadurch wird auf der Oberfläche des Wafers 34 SiF₄ erzeugt. Die Ionen in dem Plasma, die die Oberfläche des Wafers 34 erreichten, bilden eine Ionenhülle in der Nähe der Oberfläche des Wafers 34. Zu diesem Zeitpunkt ist der Objekttisch 30 negativ geladen, wie es oben erwähnt ist. Daher wird ein extrem starkes elektrisches Feld, das zur Seite des Wafers 34 gerichtet ist, in der Nähe der Oberfläche des Wafers 34 erzeugt. Durch dieses elektrische Feld werden die Ionen in dem Plasma in Richtung des Wafers 34 beschleunigt und in den Wafer 34 implantiert. Wenn die Ionen mit dem Wafer 34 kollidieren, wird SiF₄, das an der Oberfläche des Wafers 34 erzeugt wird, abgestoßen und zu Gas. Wenn SiF₄ abgestoßen wird, wird das Silizium freigelegt, das freigelegte Silizium und die Radikale reagieren mit einander und SiF₄ wird erzeugt, und das erzeugte SiF₄ wird erneut durch die Ionen abgestoßen. Wie es oben beschrieben ist, wird der Wafer 34 durch die Wiederholung der Reaktion der Radikale und die Kollision der Ionen geätzt.
Wie es oben erwähnt ist, ist die Konzentrationsverteilung von Ionen in der Nähe der Oberfläche des Wafers 34 gleichmäßiger. Daher wird die Anzahl der Ionen, die mit der Oberfläche des Wafers 34 kollidieren, innerhalb der Oberfläche gleichmäßiger. Die Reaktion der Radikale mit dem Wafer 34 wird durch die Kollision der Ionen mit dem Wafer gefördert. Daher wird auch die Reaktion der Radikale mit dem Wafer 34 innerhalb der Oberfläche des Wafers 34 gleichmäßig. Dadurch kann gemäß der Ätzanlage 10 die Oberfläche des Wafers 34 gleichmäßig geätzt werden.
4 zeigt einen Verarbeitungsbetrag, wenn der Wafer durch die Ätzanlage 10 über eine vorbestimmte Zeit geätzt wird. 5 zeigt einen Verarbeitungsbetrag, wenn der Wafer durch eine Ätzanlage, die die Mittlere Elektrode 42 und die Umfangselektrode 42 nicht umfasst, gleich lange geätzt wird wie im Falle der 4. In 4 und 5 wird eine SiO₂-Schicht geätzt, um die Konzentrationsverteilung der Ionen genau zu kennen. Da die SiO₂-Schicht nicht stark mit den Radikalen reagiert, ist der in 4 und 5 gezeigte Verarbeitungsbetrag vorwiegend der Verarbeitungsbetrag aufgrund der Kollision der Ionen. Die Abszisse der 4 und der 5 zeigt eine Position in der Durchmesserrichtung des Wafers. In 4 beträgt ein durchschnittlicher Verarbeitungsbetrag eines gesamten Wafers etwa 67 μm, während eine Differenz dE1 des Verarbeitungsbetrages zwischen dem mittleren Abschnitt des Wafers und dem Umfangsabschnitt des Wafers etwa 2,5 μm beträgt. Ein Verhältnis der Differenz dE1 zu dem durchschnittlichen Verarbeitungsbetrag beträgt etwa 3,7%. Jedoch beträgt in 5 ein durchschnittlicher Verarbeitungsbetrag über den gesamten Wafer etwa 54 μm, während eine Differenz dE2 des Verarbeitungsbetrages zwischen dem mittleren Abschnitt des Wafers und dem Umfangsabschnitt des Wafers etwa 4,5 μm beträgt. Ein Verhältnis der Differenz dE2 zu dem durchschnittlichen Verarbeitungsbetrag beträgt etwa 8,3%. Somit kann mit der Ätzanlage 10 ein gleichmäßigerer Ätzprozess durchgeführt werden als mit der herkömmlichen Ätzanlage.
Wie es oben beschrieben ist, kann gemäß der Ätzanlage 10 durch Verwenden der mittleren Elektrode 42 und der Umfangselektrode 40 das elektrische Feld, das sich zu der Mitte der Trägeroberfläche 32 erstreckt, in dem Raum 44 über dem Objekttisch 30 erzeugt werden. Daher kann die Ätzanlage 10 den Wafer 34 gleichmäßig ätzen. Das elektrische Feld, das sich zu der Mitte der Trägeroberfläche 32 erstreckt, kann auch nur durch die Umfangselektrode 40 erzeugt werden, ohne die Mittlere Elektrode 42 vorzusehen. Jedoch fluktuiert in diesem Fall die Potentialverteilung in dem Raum 44 über dem Objekttisch 30 in Antwort auf das instabile Potential in dem Plasmaerzeugungsraum 54. Daher ist es schwierig, den Wafer 30 ohne die Mittlere Elektrode 42 gleichmäßig zu ätzen. Gemäß der Ätzanlage 10 dieser Ausführungsform, in der die mittlere Elektrode 42 vorhanden ist, kann die Potentialverteilung des Raums 44 über dem Objekttisch 30 so geregelt werden, dass so gut wie kein Einfluss durch das Potential in dem Plasmaerzeugungsraum 54 besteht. Dadurch kann die Ätzanlage 10 den Wafer 30 gleichmäßig ätzen.
Ferner wird in der Ätzanlage 10 dadurch, dass die mit hoher Konzentration in dem Umfangsbereich des Plasmaerzeugungsraums 54 erzeugten Ionen zur Seite der mittlere Achse 32a des Wafers 34 bewegt werden, erreicht, dass die Konzentrationsverteilung der Ionen in der Nähe der Oberfläche des Wafers 34 gleichmäßig ist. Daher liefern die meisten der erzeugten Ionen einen Beitrag zum Ätzen des Wafers 34. Dadurch kann die Ätzanlage 10 den Ätzprozess wirksam durchführen.
In der Ätzanlage 10 sind die Mittlere Elektrode 42 und die Umfangselektrode 40 mit Erde verbunden. Jedoch können, wie es in 6 gezeigt ist, die Mittlere Elektrode 42 und die Umfangselektrode 40 durch Gleichstromanschlüsse 90 und 92 auf vorbestimmte Potentiale geregelt sein. In diesem Fall kann dadurch, dass die Potentiale der mittleren Elektrode 42 und der Umfangselektrode 40 so geregelt werden, dass sie niedriger als das Potential des Plasmaerzeugungsraums 54 und höher als das Potential des Objekttisches 30 sind, erreicht werden, dass die Konzentrationsverteilung der Ionen auf der Oberfläche des Wafers gleichmäßig ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die angelegte Spannung des Gleichstromanschlusses 90 und die angelegte Spannung des Gleichstromanschlusses 92 veränderbar sind. In diesem Fall kann die angelegte Spannung des Gleichstromanschlusses 90 mit der angelegten Spannung des Gleichstromanschlusses 92 gekoppelt sein, jedoch ist es vorteilhaft, wenn die angelegte Spannung des Gleichstromanschlusses 90 unabhängig von der angelegten Spannung des Gleichstromanschlusses 92 geregelt werden kann. Wenn eine solche Konfiguration verwendet wird, kann die Potentialverteilung in dem Raum 44 über dem Objekttisch 30 genauer geregelt werden.
Wie es in 7 gezeigt ist, kann eine einzige Elektrode 98 zwischen dem Plasmaerzeugungsraum 54 und dem Objekttisch 30 angeordnet sein. Viele Durchgangslöcher sind in der Elektrode 98 ausgebildet, die die Elektrode 98 von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche durchdringen. Das in dem Plasmaerzeugungsraum 54 erzeugte Plasma fließt über die Durchgangslöcher in der Elektrode 98 zu dem Wafer 34. Die Elektrode 98 besitzt einen mittleren Abschnitt 98a, der auf der mittleren Achse 32a angeordnet ist, und einen Umfangsabschnitt 98b, der unterhalb des mittleren Abschnitts 98a angeordnet ist und sich entlang des Umfangs des mittleren Abschnitts 98a erstreckt. Der mittlere Abschnitt 98a funktioniert auf die gleiche Weise wie die oben erwähnte Mittlere Elektrode 42. Der Umfangsabschnitt 98b funktioniert auf die gleiche Weise wie die oben erwähnte Umfangselektrode 40. Daher kann, ebenso wie in 3, auch die Potentialverteilung in dem Raum 44 durch die Elektrode 98 geregelt werden. Die Elektrode 98 kann eine kompliziertere Form besitzen, da der mittlere Abschnitt 98a und der Umfangsabschnitt 98b kontinuierlich sind. Somit kann die Potentialverteilung in dem Raum 44 geeigneter geregelt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine Ätzanlage 210 gemäß einer in 8 gezeigten zweiten Ausführungsform beschrieben. In der Ätzanlage 210 der zweiten Ausführungsform sind eine Kammer 220, ein Objekttisch 230, eine Umfangselektrode 240 und eine mittlere Elektrode 242 in gleicher Weise wie in der Ätzanlage 10 der ersten Ausführungsform ausgebildet. In der Ätzanlage 210 sind eine Spule 270 und eine Spule 272 in einem oberen Abschnitt der Kammer 220 angeordnet. Die Spule 270 ist innerhalb der Spule 272 angeordnet. Die Spulen 270 und 272 sind konzentrisch um eine mittlere Achse 232a der Trägeroberfläche 232 des Objekttischs 230 angeordnet. Beide Enden der Wicklung der Spule 270 sind mit einem Hochfrequenz-Netzteil 256 verbunden. Beide Enden der Wicklung der Spule 272 sind mit einem Hochfrequenz-Netzteil 258 verbunden. Die Spule 270 und die Spule 272 sind in einem Abstand voneinander getrennt angeordnet, und zwischen der Spule 270 und der Spule 272 ist ein Plasmaerzeugungsraum 254 gebildet. Eine Ätzgasversorgungsleitung 262 ist mit einer oberen Oberfläche der Kammer 220 an einer Position verbunden, die mit dem Plasmaerzeugungsraum 254 verbunden ist.
Im Betrieb der Ätzanlage 210 wird zuerst der Druck in der Kammer 220 verringert, und anschließend wird Ätzgas über die Ätzgasversorgungsleitung 262 in den Plasmaerzeugungsraum 254 geleitet. Anschließend wird eine hochfrequente Spannung an die Spulen 270 und 272 angelegt. Dadurch wird ein magnetisches Wechselfeld in dem Plasmaerzeugungsraum 254 erzeugt und ein Plasma in dem Plasmaerzeugungsraum 254 erzeugt. Das Plasma wird nicht in einem Bereich innerhalb der Wicklung der Spule 270 (das heißt einem Bereich, durch den die mittlere Achse 232a der Trägeroberfläche 232 führt) erzeugt. Das in dem Plasmaerzeugungsraum 254 erzeugte Plasma ätzt den Wafer 234 in gleicher Weise wie die Ätzanlage 10 der ersten Ausführungsform. In diesem Fall wird durch ein durch die mittlere Elektrode 242 und die Umfangselektrode 240 erzeugtes elektrisches Feld erreicht, dass die Konzentrationsverteilung der Ionen in der Nähe der Oberfläche des Wafers 234 gleichmäßig ist. Daher kann gemäß der Ätzanlage 210 der Wafer 234 gleichmäßig geätzt werden.
Die in der vorliegenden Erfindung und den Zeichnungen beschriebenen technischen Elemente haben sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen einen technischen Nutzen und sind nicht auf die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung definierten Kombinationen beschränkt. Die in der vorliegenden Beschreibung oder in den Zeichnungen beschriebene Technologie dient dazu, mehrere Ziele gleichzeitig zu erreichen, und hat durch Erreichen von einem dieser Ziele einen technischen Nutzen.

Claims

Ätzanlage zum Ätzen eines Werkstücks unter Verwendung eines Plasmas, wobei die Ätzanlage umfasst: einen Objekttisch mit einer Trägeroberfläche, auf der das Werkstück angebracht ist; einen Plasmagenerator, der dazu ausgelegt ist, das Plasma über dem Objekttisch zu erzeugen, wobei er Plasmagenerator das Plasma in einem Raum um eine mittlere Achse der Trägeroberfläche in einer höheren Konzentration erzeugt als in einem Raum auf der mittlere Achse; eine mittlere Elektrode, die unterhalb eines Raumes angeordnet ist, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und an einer Position, durch die die mittlere Achse führt, wobei ein Potential der mittleren Elektrode regelbar ist; und eine Umfangselektrode, die oberhalb des Objekttischs und unterhalb der mittleren Elektrode angeordnet ist, wobei sich die Umfangselektrode, betrachtet entlang der mittleren Achse, entlang eines Umfangs der mittleren Elektrode erstreckt und ein Potential der Umfangselektrode regelbar ist.
Ätzanlage nach Anspruch 1, wobei sich die Umfangselektrode vertikal erstreckt.
Ätzanlage nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Potentialregler umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Potential der mittleren Elektrode und das Potential der Umfangselektrode so zu regeln, dass sie niedriger als ein Potential des Raums sind, in dem der Plasmagenerator das Plasma erzeugt, und höher als ein Potential des Objekttischs.
Ätzanlage nach Anspruch 3, wobei der Potentialregler dazu ausgelegt ist, das Potential der mittleren Elektrode unabhängig von dem Potential der Umfangselektrode zu regeln.
Ätzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die mittlere Elektrode und die Umfangselektrode durch eine Elektrode gebildet sind, die durch Verbinden der mittleren Elektrode mit der Umfangselektrode gebildet ist, und in der einen Elektrode mehrere Durchgangslöcher gebildet sind, die die eine Elektrode von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche durchdringen.