DE19854198A1

DE19854198A1 - Plasmabearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19854198A1
Application number: DE19854198A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Seki; Satoshi Takemori; Satoshi Ichimura; Sadao Uchikawa; Eiji Setoyama; Kouji Ishiguro; Hajime Murakami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 1999-06-10
Also published as: JPH11162956A; KR19990045516A; TW396404B

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, die zum Bearbeiten eines Substrats mittels Plasma geeignet ist, wie z. B. zum Plasmaätzen, für Plasma-CVD usw. bei der Herstellung von z. B. Halbleiterbauteilen oder Flüssigkris talldisplays (LCD).

Hinsichtlich Herstellvorrichtungen, wie sie bei Massenher stellprozessen für hochintegrierte Schaltungen (LSI) und LCDs verwendet werden, ist es erforderlich, mehrere Substra te pro Zeiteinheit zu bearbeiten, wobei eine homogene Bear beitung großflächiger Substrate auf kleiner Installations fläche erzielt werden soll.

Um diesen Erfordernissen zu genügen, ist ein Plasma hoher Dichte erforderlich, um z. B. beim Ätzen und bei einer CVD-Verarbeitung hohen Durchsatz zu erzielen, und hinsichtlich einer homogenen Bearbeitung eines großflächigen Substrats ist es erforderlich, ein großflächiges, homogenes Plasma zu erzeugen. Außerdem sollen die Vorrichtungen klein sein, um eine kleine Installationsfläche zu erzielen.

Ein Plasma hoher Dichte bedeutet im Allgemeinen eine Elek tronendichte von mehr als 1×10¹¹ cm^-3. Ferner haben im Fall von LSIs großflächige Substrate im Allgemeinen einen Durchmesser von mehr als 8 Zoll (1 Zoll = 2,54 mm), und im Fall von LCDs haben Substrate im Allgemeinen eine Größe über 630×550 mm².

Eine herkömmliche Plasmaquelle ist z. B. von Karl-Heinz Kretschmer, Karl Matl, Gerhard Lorenz, Ingo Kesseler und Bernd Dumbacher in "An Electron Cyclotron Resonance (ECR) Plasma Source", Solid State Technology, Februar 1990, S. 53-55 beschrieben. Diese herkömmliche Technik ist durch Fig. 17 veranschaulicht.

Bei dieser Technik werden Mikrowellen von einem Mikrowellen sender 1001 durch einen Mikrowellen-Einlassanschluss 1003, ein Metallgefäß 1004 und ein Quarzgefäß 1005 hindurch von oben her vertikal auf ein Substrat 1002 geführt. Durch Per manentmagnete 1006, die so angeordnet sind, dass sie den Um fang der Gefäße 1004 und 1005 umgeben, wird ein ECR(Electron Cyclotron Resonance = Elektron-Zyklotronresonanz)-Bereich erzeugt, und ferner wird ein Magnetfeld zum Eingrenzen des Plasmas erzeugt. Außerdem sind Gitter 1007, ein Substrat halter 1008 und eine Hochfrequenz-Spannungsquelle 1009 vor handen.

Ferner ist eine andere herkömmliche Technik z. B. von Hiro shi Nishizato und drei weiteren Autoren in "Deposition of SiOF Film in a High Density Plasma Reactor", Proceedings: The Fourth International Symposium on Sputtering & Plasma Processes, ISSP '97, Kanazawa, Japan, 1995, S. 61-66 be schrieben. Diese andere herkömmliche Technik ist durch Fig. 18 veranschaulicht.

Bei dieser bekannten Technik ist eine Plasmaerzeugungskammer 2001 gesondert von einer Bearbeitungskammer zum Bearbeiten eines Substrats 2002 vorhanden, wobei unter Verwendung einer Hauptspule 2003 ein ECR-Magnetfeld in der Plasmaerzeugungs kammer 2001 erzeugt wird. Mikrowellen werden von oben verti kal auf das Substrat 2002 geführt, und unter dem Substrat ist eine Hilfsspule 2004 vorhanden, die das von der Haupt spule 2003 erzeugte Magnetfeld unter einen vorbestimmten Wert herunterdrückt. Außerdem sind ein SiH₄-Einlassstutzen 2005 und eine Hochfrequenz-Spannungsquelle 2006 vorhanden.

Mit der in Fig. 17 dargestellten bekannten Vorrichtung las sen sich großflächige Substrate 1002 bearbeiten, auf die der größte Teil der Mikrowellen trifft. Nachdem Mikrowellen am Substrat reflektiert wurden, treffen sie auf das durch die Permanentmagnete 1006 erzeugte ECR-Magnetfeld. Daher wird die Erwärmung des Substrats 1002 beträchtlich. Ferner kommt es zu schlechtem Erzeugungswirkungsgrad für das Plasma, da es hauptsächlich durch in der Kammer gestreute Mikrowellen erzeugt wird. Demgemäß ist es schwierig, ein Plasma hoher Dichte zu erzeugen. Anders gesagt, wird im Vakuumgefäß das Profil einer stehenden Mikrowelle erzeugt, da keine Plasma dichte über einem Grenzwert erzeugt wird. Wenn das Plasma den Einfluss der stehenden Welle erfährt, ist es schwierig, ein homogenes, großflächiges Plasma hoher Dichte zu erzeu gen.

Beim in Fig. 18 dargestellten Stand der Technik treten Mi krowellen unmittelbar in das durch die Hauptspule 2003 er zeugte ECR-Magnetfeld ein, wodurch der Wirkungsgrad für die Plasmaerzeugung hoch ist. Da jedoch die Hauptspule 2003 dazu verwendet wird, einen großflächigen ECR-Magnetfeldbereich zu erzeugen, besteht bei der Bearbeitung eines großflächigen Substrats 2002 das Problem, dass die Hauptspule 2003 groß sein muss. Ferner ist es selbst bei Verwendung der Hilfsspu le 2004 schwierig, auf dem Substrat 2002 ein gleichmäßiges Profil der Magnetfeldstärke zu erzeugen. Da das Dichteprofil des Plasmas vom Profil der Magnetfeldstärke abhängt, besteht ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, ein homoge nes und großflächiges Plasma zu erzeugen, d. h., dass es schwierig ist, an einem großflächigen Substrat 2002 einen homogenen Prozess auszuführen. Ferner besteht wegen des am Substrat 2002 vorliegenden ungleichmäßigen Magnetfelds das Problem, dass Beschädigungen an einem Bauteil oder der Vor richtung auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmabear beitungsvorrichtung zu schaffen, in der ein großflächiges, gleichmäßiges Plasma hoher Dichte auf einfache Weise erzeugt werden kann, wobei die Vorrichtung auch kompakt aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die Vorrichtung gemäß dem beigefüg ten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Aus gestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Wenn z. B. vier Wellenleiter mit der Bearbeitungskammer ver bunden sind, durchlaufen die von einer Sendereinrichtung herkommenden Mikrowellen zwei Mal einen T-Verzweigungsstück- Wellenleiter. Die Wellenleiter sind dort, wo sie an die Be arbeitungskammer angeschlossen sind, im Wesentlichen symme trisch in Bezug auf die Transportrichtung des Substrats an geordnet. Im ECR-Magnetfeldbereich, der in der Nähe des Ein trittsbereichs der Mikrowellen in das Innere der Bearbei tungskammer vorhanden ist, werden mittels der Mikrowellen Elektronen hoher Energie erzeugt. Im gezahnten Magnetfeld, das von der Nähe der Wand der Bearbeitungskammer in den mittleren Teil derselben gerichtet ist, fällt die Magnet feldstärke abrupt. Elektronen hoher Energie werden daher örtlich in der Nähe der Wand erzeugt und diffundieren leicht in den mittleren Teil der Bearbeitungskammer, wodurch ein Plasma erzeugt wird, das sich über die gesamte Bearbeitungs kammer erstreckt. Da ein durch Permanentmagnete erzeugtes gezahntes Magnetfeld verwendet wird, ist die Magnetfeldstär ke im Plasmaeingrenzungsbereich sehr klein. Demgemäß ist es möglich, ein gleichmäßiges Plasma zu erzeugen. Insbesondere dann, wenn mehr als vier Wellenleiter mit der Bearbeitungs kammer verbunden sind, ist es möglich, ein homogenes Plasma zu erzeugen, wie es zur homogenen Bearbeitung eines großflä chigen Substrats erforderlich ist. Ferner ist es möglich, die Magnetfeldstärke am Substrat auf weniger als 1×10^-3 T (10 Gauss) einzustellen, wodurch die Gefahr einer Bauteile beschädigung vermieden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver anschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbeitungs vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die die in Fig. 1 dargestellte Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Plasmabearbeitungsvor richtung des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 ist eine Frontansicht der Plasmabearbeitungsvorrich tung des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 ist eine Konstruktionsansicht, die eine Mikrowellen schaltung bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Plasmabearbei tungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 7 ist eine Charakteristikansicht, die das Profil der Elektronendichte in einem Argon(Ar)-Plasma bei einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke für den Fall zeigt, dass ein Siliziumoxid(SiO₂)-Film unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung herge stellt wird.

Fig. 9A zeigt eine Konstruktionsansicht für den Fall, dass ein System mit zwei Verzweigungsstück-Wellenleitern bei einem Herstellprozess für einen Siliziumoxidfilm verwendet wird;

Fig. 9B zeigt eine Konstruktionsansicht für den Fall, dass ein System ohne Verzweigungsstück-Wellenleiter bei einem Herstellprozess für einen Siliziumoxidfilm verwendet wird;

Fig. 10A ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke eines mit dem System gemäß Fig. 9A hergestellten Silizium oxidfilms zeigt;

Fig. 10A ist eine Ansicht, die die Verteilung der Filmdicke eines mit dem System gemäß Fig. 9B hergestellten Silizium oxidfilms zeigt;

Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Zustand einer einfallenden Mikrowelle und einer reflektierten Mikrowelle in einem Ver zweigungsstück-Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 12 ist eine Ansicht, die einen Installationsteil eines Richtungskopplers bei einem Ausführungsbeispiel der Erfin dung zeigt;

Fig. 13 ist eine Vorderansicht, die eine Plasmabearbeitungs vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt;

Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbei tungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 15 ist eine Seitenansicht zu Fig. 14;

Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die eine Plasmabearbei tungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und

Fig. 17 und 18 sind Ansichten, die eine erste bzw. zweite bekannte Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigen.

Wie es in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist, besteht eine Bearbeitungskammer 100 aus einer oberen Platte 1 und einer Seitenwand 2, die über ein Isolierelement 3 miteinander ver bunden sind. Außerdem ist die Seitenwand 2 über ein weiteres Isolierelement 4 mit einer Grundplatte 5 verbunden, die elektrisch an ein Standardpotential angeschlossen ist. Eine Transportkammer 7, in der ein Substrat 14 transportiert wird, ist über ein Schleusenventil 6 mit der Grundplatte 5 verbunden, und über ein anderes Schleusenventil 8 ist eine Evakuiereinrichtung 9 zum Auspumpen der Bearbeitungskammer 100 angeschlossen.

Ein Substrathalter 11 zum Halten des Substrats 14 ist über ein weiteres Isolierelement 10 an der Grundplatte 5 befes tigt. Das Substrat 14 wird, was jedoch in der Figur nicht dargestellt ist, durch einen Transportroboter, der in der Transportkammer 7 untergebracht ist, zum Substrathalter 11 geliefert. An der Seitenwand 2 sind Gaseinlassdüsen 12a und 12b vorhanden, die jedoch auch an der oberen Platte 1 vor handen sein können. Ferner kann eine dieser Gaseinlassdüsen 12a und 12b weggelassen werden.

In der Seitenwand 2 sind Mikrowellen-Einlassteile 15a, 15b, 15c und 15d vorhanden, an die jeweilige Wellenleiter 21a, 21b, 21c bzw. 21d angeschlossen sind. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der Bearbeitungskammer 100 einschließlich der Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c.

Gemäß Fig. 1 sind mit den Wellenleitern 21a, 21b, 21c und 21d Schraubabstimmeinrichtungen 301a, 301b, 301c bzw. 301d sowie Richtungskoppler 302a, 302b, 302c bzw. 302d verbunden. Im Inneren der Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c sind di elektrische Körper 16a und 16c vorhanden, wie auch im Inne ren der Mikrowellen-Einlassteile 15b und 15d nicht darge stellte dielektrische Körper vorhanden sind. In den An schlussteilen zwischen den Mikrowellen-Einlassteilen 15a, 15b, 15c und 15d und den Wellenleitern 21a, 21b, 21c und 21d sind dielektrische Körper 201a, 201b, 201c bzw. 201d zur Va kuumabdichtung vorhanden. Die genannten dielektrischen Kör per 16a, 16b, 16c und 16d sowie 201a, 201b, 201c und 201d können einstückig ausgebildet sein.

Andererseits sind am Umfang der Seitenwand 2 und der oberen Platte 1 Permanentmagnete 17a bzw. 17b vorhanden, durch die ein gezahntes Magnetfeld zum Eingrenzen des Plasmas erzeugt wird. Am Außenumfang des Permanentmagnets 17a ist ein ferro magnetischer Körper (ein Joch) 18 vorhanden. Insbesondere weisen die Permanentmagnete 17a' und 17b', die im oberen Teil und unteren Teil der Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c liegen, dieselbe Polarität auf, und auf der Vakuumseite der dielektrischen Körper 16a und 16c wird ein Magnetfeld erzeugt, das stärker ist, als es der Magnetfeldstärke für ECR entspricht. Die dielektrischen Körper 16a und 16c sind so ausgebildet, dass sie den Bereich der Magnetfeldstärke für ECR überlappen, wie in den oben genannten zugehörigen Wellenleitern 21a und 21c erzeugt. Der Bereich mit einer Feldstärke für ECR ist durch die Frequenz der einfallenden Mikrowelle bestimmt, und wenn z. B. diese Frequenz 2,45 GHz beträgt, hat das Magnetfeld für ECR eine Stärke von 875×10^-4 T (875 Gauss). Ferner sind mit der oberen Platte 1, der Seitenwand 2 und dem Substrathalter 11 Hochfrequenz-Span nungsquellen 19a, 19b bzw. 19c verbunden, und es ist eine Phaseneinstelleinrichtung 20 zum Überwachen und Einstellen der jeweiligen Phasen derselben vorhanden.

Fig. 4 zeigt die Bearbeitungskammer 100 aus einem Quer schnitt des Mikrowellen-Wellenleiters 21d gesehen. Jedoch sind in Fig. 4 die Transportkammer 7 und das Schleusenventil 6 weggelassen.

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Mikrowellenschaltung. Gemäß dieser Figur ist ein Mikrowellensender 24 mit einer Mikro wellen-Spannungsquelle 400 verbunden, und die vom Mikrowel lensender 24 einfallende Mikrowelle wird durch einen T-Ver zweigungsstück-Wellenleiter 27a über einen Isolator 25 und den Richtungskoppler 26 in zwei Zweige verzweigt. Die jewei lige abgezweigte Mikrowelle wird erneut durch T-Verzwei gungsstück-Wellenleiter 27b und 27c in zwei Zweige ver zweigt, wodurch sich vier Anschlusswellenleiter 21a, 21b, 21c und 21d mit den Mikrowellen-Einlassteilen 15a, 15b, 15c bzw. 15d der Bearbeitungskammer 100 verbunden sind.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bearbeitungs kammer 100, wobei jedoch zum Vereinfachen der Darstellung des Aufbaus die Transportkammer 7 und das Schleusenventil 6 weggelassen sind. Ferner ist ein Beispiel für Schraubab stimmeinrichtungen 301a, 301b, 301c und 301d eine von Hand abstimmbare Abstimmeinrichtung mit drei Abstimmschrauben vorhanden. Gemäß dieser Figur sind die Wellenleiter 21a, 21b, 21c und 21d, die mit den Mikrowellen-Einlassteilen 15a, 15b, 15c bzw. 15d verbunden sind, über einen Weg in die ver tikale Richtung umgebogen, der innerhalb des Vierfachen der Wellenlänge des Wellenleiters und des Zehnfachen der Wellen länge des Wellenleiters liegt, und als Abstimmeinrichtung sind z. B. jeweils Schraubabstimmeinrichtungen 301a, 301b, 301c und 301d, die eine elektromotorische Steuerung ermögli chen, und Richtungskoppler 302a, 302b, 302c und 302d ange schlossen.

Ferner ist eine Schraubabstimmeinrichtung-Steuerungseinrich tung 426 vorhanden, um die oben genannten Schraubabstimmein richtungen 301a, 301b, 301c und 301d dadurch zu steuern, dass die Leistung der einfallenden Welle, die Leistung der reflektierten Welle, der Reflexionskoeffizient und die Phase erfasst werden, wie von den Richtungskopplern 302a, 302b, 302c und 302d eingegeben.

Nachdem die vom Sender einfallende Mikrowelle den Isolator 25 durchlaufen hat, durchläuft sie den T-Verzweigungsstück- Wellenleiter zwei Mal und wird in Wellenleitern 27b und 27c für vier Anschlussstellen eingeleitet, an denen die genann ten Schraubabstimmeinrichtungen und Richtungskoppler vorhan den sind. Demgemäß ist es möglich, die Zustände einer ste henden Welle im Wellenleiter zu erfassen und zu steuern. Die T-Verzweigungsstück-Wellenleiter 27b und 27c sind jeweils mit der Bearbeitungskammer 100 verbunden, und die oben ge nannte Mikrowelle wird von vier Abschnitten in Umfangsrich tung der Bearbeitungskammer 100 in dieselbe eingeleitet. Wenn dies der Fall ist, werden im ECR-Bereich in der Nähe des Mikrowelleneinlassteils hochenergetische Elektronen er zeugt, und ferner wird durch Stöße derselben mit Molekülen und Atomen ein Plasma erzeugt.

Die Permanentmagnete 17a und 17b am Außenumfang der Bearbei tungskammer 100 weisen der Reihe nach variierende Polarität auf, wodurch im Inneren der Bearbeitungskammer 100 das ge zahnte Magnetfeld erzeugt wird. Die Permanentmagnete 17a und 17b bestehen aus Samarium und Kobalt usw., und sie verfügen über große Restmagnetflussdichte (ungefähr 1,1 T (11000 Gauss)). Das so erzeugte gezahnte Magnetfeld verfügt in der Nähe der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 über eine Stärke von mehr als einigen 100 Gauss (1 Gauss = 10^-4 T), jedoch fällt die Stärke des gezahnten Magnetfelds bei Beab standung von der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 abrupt und wird im mittleren Teil derselben null (0).

D. h., da das Plasma auf den Bereich des sehr schwachen Mag netfelds von weniger als einigen 10 Gauss eingegrenzt ist, ist es möglich, ein Plasma mit gleichmäßigem Profil zu er zeugen. Ferner ist es möglich, ein Plasma mit hoher Dichte und hoher Homogenität über eine große Fläche zu erzeugen, da die Mikrowellenabsorption im ECR-Bereich mit sehr hohem Wir kungsgrad (mehr als 80%) ausgeführt wird und auch die Elek tronen hoher Energie und das Plasma, wie sie im ECR-Bereich in der Nähe der Innenwand der Bearbeitungskammer 100 erzeugt werden, leicht in den mittleren Teil des Gefäßes diffundie ren können.

Die obige Beschreibung wird auf Basis experimenteller Daten konkreter erläutert. Als erstes wird in diese Plasmabearbei tungsvorrichtung Argongas (Ar) mit einem Druck von 0,2 Pa eingeleitet, durch die Wellenleiteranordnung mit vier An schlussstellen werden Mikrowellen zugeführt, und es wird ein Plasma erzeugt. Das Messergebnis zur Elektronendichte im er zeugten Plasma ist in Fig. 7 dargestellt, aus der erkennbar ist, dass in der Höhenposition des Einlassteils für Mikro wellen ein Plasma mit hoher Dichte mit einer Elektronendich te von über 1×10¹¹ erzeugt werden kann. Ferner kann in ei ner Höhe von 22 mm auf dem Substrat 14 ein Plasma mit einer Homogenität von weniger als ±5%, das sich ausgehend vom Zentrum der Bearbeitungskammer 100 bis zu ±100 mm erstreckt, erzeugt werden.

Um tatsächlich zu zeigen, dass die Funktion einer Plasmabe arbeitungsvorrichtung durch die Erfindung verbessert ist, erfolgt eine Anwendung auf die Herstellung eines Silizium oxid(SiO₂)-Films. Auf dem Substrathalter 11 wird ein Sili zium(Si)substrat mit einem Durchmesser von 8 Zoll (1 Zoll = 2,54 mm) von der Transportkammer 7 her transportiert. Als nächstes werden Ar, Sauerstoffgas (O₂) und Monosilangas aus den Düsen 12a und 12b in die Bearbeitungskammer 100 einge lassen, und aus den vier Wellenleitern werden auch Mikrowel len eingeleitet. Die im ECR-Bereich erzeugten Elektronen hoher Energie stoßen mit Gasatomen und -molekülen zusammen und ionisieren diese, wodurch ein Plasma hoher Dichte und hoher Homogenität erzeugt wird. Ein Teil der Gasmoleküle wird durch den Kollisionseffekt im Plasma zu Radikalen. Das Monosilanradikal kombiniert mit Sauerstoff, wodurch auf dem Substrat ein SiO₂-Film entsteht. Die Verteilung des so her gestellten SiO₂-Films ist in Fig. 8 dargestellt.

Die Bezugszeichen u1, u2, u3 und u4 in Fig. 8 kennzeichnen die Einfallsrichtungen von Mikrowellen. Ferner geben 310W, 300W jeweils die Mikrowellenleistung an, wie sie im Plasma über den Wellenleiter absorbiert wird. Wie es aus Fig. 8 er kennbar ist, kann durch Verwenden des Systems mit vier Wel lenleitern auf dem Siliziumsubstrat 14 mit hoher Filmbil dungsgeschwindigkeit von 500 nm/Min. ein sehr homogener SiO₂-Film mit ±1,6% (1 σ) Homogenität erzeugt werden. Bei diesem Versuchsbeispiel beträgt der Durchmesser des Sub strats 14 8 Zoll, wenn jedoch die Bearbeitungskammer 100 noch weiter vergrößert ist, ist es leicht möglich, die Bear beitung eines noch größeren Substrats 14 auszuführen.

Zum Vergleich ist in den Fig. 9A und 10A ein Fall veran schaulicht, bei dem zum Herstellen des oben genannten SiO₂-Films ein System mit zwei Wellenleitern verwendet wurde, und in den Fig. 9B und 10B ist ein Fall dargestellt, in dem hierfür ein Wellenleitersystem ohne T-Verzweigungsstück ver wendet wurde. Fig. 9A zeigt den Aufbau mit den zwei Wellen leitern, und Fig. 10A zeigt die Verteilung der Filmdicke. Wie es aus Fig. 10A erkennbar ist, ist die Filmbildungsge schwindigkeit in einer geraden Linie, die die einander ge genüberstehend angeordneten Wellenleiter verbindet, groß, jedoch ist die Filmbildungsgeschwindigkeit rechtwinklig hierzu gering. Im Ergebnis entspricht die Filmdickenhomoge nität 1,6% (1 σ). Ferner wird mit dem System mit einem Wel lenleiter ohne Verzweigungsstück, wie es in Fig. 9B darge stellt ist, auf dem Substrat 14 nur ein dicker Filmabschnitt erhalten, der der Einfallsposition der Mikrowelle ent spricht, wie es in Fig. 10B dargestellt ist. Im Ergebnis entspricht die Homogenität 20% (1 σ).

Gemäß den Fig. 8 bis 10 wird an die obere Platte 1 und den Substrathalter 11 keine Hochfrequenzspannung angelegt, je doch wird eine solche an den Substrathalter 11 angelegt, wenn ein Ätzen des Substrats 14 erforderlich ist. In diesem Fall kann, völlig ähnlich wie im obigen Fall, eine Vertei lung der Filmdicke mit guter Homogenität dann erhalten wer den, wenn die vier Wellenleiter verwendet werden, im Ver gleich mit einem System ohne T- oder nur einem T-Verzwei gungsstück.

Wie oben angegeben, kann durch Verwenden eines Systems mit vier Wellenleitern eine Filmdickenverteilung extremer Homo genität erhalten werden.

Als nächstes wird eine Steuerungsfunktion für die vier Wel lenleiter erläutert. In Fig. 11 sind von den jeweiligen Wel lenleitern her einfallende Wellen mit Bezugszahlen 511f bis 517f gekennzeichnet, und reflektierte Wellen sind mit Be zugszahlen 511r bis 517r gekennzeichnet. Wie es aus Fig. 11 erkennbar ist, fällt beim System mit vier Wellenleitern dann, wenn ein Teil der Mikrowelle, die von einem beliebigen Wellenleiter in die Bearbeitungskammer 100 fällt, reflek tiert wird, diese reflektierte Welle als einfallende Welle von einem anderen Wellenleiter über einen T-Verzweigungs stück-Wellenleiter in das Plasma ein. Im Ergebnis ist es dann, wenn lediglich ein Verzweigungsstück-Wellenleiter mit der Bearbeitungskammer 100 verbunden ist, schwierig, die vom Plasma vom jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowellen leistung einzustellen.

Als Maßnahme zum Überwinden dieses Problems sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit den vier Wellenleitern die jeweili gen Richtungskoppler 302a, 302b, 302c bzw. 302d verbunden, damit diese die Leistung der einfallenden Mikrowelle im Wel lenleiter, die Leistung der reflektierten Welle im Wellen leiter, den Reflexionskoeffizienten, die Phase und das Pro fil einer stehenden Welle erfassen. Außerdem ist für mindes tens drei der vier Wellenleiter jeweils eine Abstimmeinrich tung vorhanden, für die z. B. eine Schraubabstimmeinrichtung verwendet wird. Durch diesen Aufbau ist es auf Grundlage des Signals vom Richtungskoppler durch Variieren des Einschraub wegs der Abstimmschrauben der Schraubabstimmeinrichtung in den Wellenleiter möglich, die Mikrowellenenergie einzustel len, wie sie vom jeweiligen Wellenleiter her im Plasma ab sorbiert wird. Wenn z. B. die vom Sender her einfallende Leistung 1,5 kW beträgt, kann dafür gesorgt werden, dass die vom Plasma vom jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowel lenenergie 300 W bis 310 W beträgt. D. h., dass bei einem Wirkungsgrad von mehr als 80% die vom Plasma vom jeweiligen Wellenleiter her absorbierte Mikrowellenleistung im wesent lichen gleichmäßig gemacht werden kann. Wenn mehr als 80% der vom Sender her einfallenden Leistung im Plasma absor biert werden kann, ist dies für den praktischen Gebrauch vollständig ausreichend. Ferner kann bei diesem Aufbau dann, wenn die einfallende Leistung vom Sender her 1,5 kW beträgt, die Differenz zwischen der Leistung der einfallenden Welle und der Leistung der reflektierten Wellen in einem bestimm ten Wellenleiter zu 450 W gemacht werden, und sie kann in anderen Wellenleitern zu 250 W bis 260 W gemacht werden, wo durch die im jeweiligen Wellenleiter absorbierte Mikrowel lenleistung eingestellt werden kann.

Demgemäß kann die Steuerungsfunktion dieser vier Wellenlei ter im praktischen Gebrauch vollständig an die Anwendungsbe dingungen bei der Massenherstellung eines Halbleiterbauteils usw. angepasst werden. Ferner kann der Richtungskoppler weg gelassen werden, um den Endabschnitt des Wellenleiters zu bilden (z. B. sind im Fall von vier Wellenleitern vier Wel lenleiterabschnitte mit der Bearbeitungskammer verbunden). Z. B. sind, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, Richtungs koppler an drei Teilen unter den vier Wellenleitern vorhan den, und ferner kann ein Richtungskoppler 302e am Wellenlei terabschnitt vor dem T-Verzweigungsstück auf der stromabwär tigen Seite des Wellenleiters vorhanden sein, an dem kein Richtungskoppler vorhanden ist. Ferner können, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die Schraubabstimmeinrichtung und der Richtungskoppler im Verlauf zwischen der Bearbeitungs kammer und einem Wellenleiter-Eckabschnitt vorhanden sein. Ferner verläuft der Wellenleiter im Wesentlichen parallel in Bezug auf ein Substrat, jedoch muss dies nicht notwendiger weise der Fall sein. Außerdem ist es zum Erzielen guter Ho mogenität erforderlich, die Winkel zwischen einem jeweiligen Wellenleiter der vier Wellenleiter, wie sie mit der Bearbei tungskammer verbunden sind, innerhalb von 90° ±30° zu hal ten. Der Wellenleiter ist ein im Wesentlichen symmetrisches System hinsichtlich der Transportrichtung des Substrats, und auch der Weg, über den eine Mikrowelle vom Sender die Bear beitungskammer erreicht, stimmt im Wesentlichen für alle Wellenleiter überein, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss. Wenn dagegen die Differenz zwischen den We gen, die die Mikrowellen vom jeweiligen Sender zum Erreichen der Bearbeitungskammer durch den verzweigten Wellenleiter benötigen, kleiner als die Führungswellenlänge der Mikrowel len ist, kann für die Mikrowellen gute Steuerungsfunktion erzielt werden.

Übrigens kann dieses Filmbildungsergebnis erhalten werden, ohne dass ein System mit vier Wellenleitern verwendet wird, die über Verzweigungen angeschlossen sind, sondern vier ge sonderte Wellenleiter mit einer Abstimmeinrichtung, einem Richtungskoppler, einem Isolator und einem Sender können angeschlossen werden. Insbesondere kann dann, wenn vier ge sonderte Wellenleiter ohne T-Verzweigungsstück verwendet werden, die Wechselwirkung zwischen den Wellenleitern, wie sie an einem solchen Verzweigungsstück auftritt, vermieden werden, da die Mikrowellenenergie vom Sender leicht im Plas ma absorbiert werden kann, so dass eine Plasmaverarbeitungs vorrichtung mit noch höherem Wirkungsgrad aufgebaut werden kann.

Das bisherige Ausführungsbeispiel wurde für vier Wellenlei ter erläutert, jedoch kann homogene Filmbildung auch bei mehr als vier Wellenleitern erzielt werden. Wenn die Anzahl der mit der Bearbeitungskammer verbundenen Wellenleiter den Wert N hat, ist es erwünscht, zumindest N-1 Wellenleiter mit Abstimmeinrichtungen zu versehen.

Ferner ist es nach einer Substratbearbeitung erforderlich, einen Reinigungsprozess auszuführen, da Filme und Fremdstof fe an der Innenwandfläche der Bearbeitungskammer anhaften, die entfernt werden müssen. Beim oben genannten Stand der Technik werden Gase wie NF₃, C₂F₆, CCl₄ usw. in die Bearbei tungskammer eingeleitet, und an den Substrathalter wird eine Hochfrequenzspannung angelegt. Diese Spannung wird auch an die obere Platte und die Innenwand der Bearbeitungskammer angelegt, wobei ihre Phase variiert werden kann, wodurch es möglich ist, einen Ätzvorgang mit hohem Wirkungsgrad auszu führen, der sich über die gesamte Innenwand der Bearbei tungskammer erstreckt, wodurch es im Ergebnis möglich ist, einen Reinigungsvorgang mit hoher Geschwindigkeit auszufüh ren.

Fig. 13 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses stimmt im Wesentlichen mit dem ersten überein, unter scheidet sich jedoch dahingehend, dass am Außenumfang der Wellenleiter 21a, 21b, 21c und 21d ein Permanentmagnet 410 vorhanden ist. Mit diesem Magnetaufbau kann dieselbe Funk tion erzielt werden.

Fig. 14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung angewandt ist. Dieses dritte Ausführungsbeispiel stimmt im Wesentlichen mit dem ersten überein, unterscheidet sich jedoch durch einen Aufbau, gemäß dem Wicklungen 210a und 210c um die Mikrowellen-Einlassteile 15a und 15c herum vorhanden sind, die mittels Wicklungs-Spannungsversorgungen 220a bzw. 220c mit Strom versorgt werden, wodurch der ECR-Magnetfeldbereich erzeugt wird. Ferner sind am Außenumfang der Wicklungen 210a und 210c ferromagnetische Körper 211a bzw. 211c angebracht.

Bei diesem Aufbau weist die Plasmabearbeitungsvorrichtung dasselbe Funktionsvermögen auf, wie es oben beschrieben ist. Insbesondere dann, wenn das Einlassteil rechteckig ausgebil det ist und die kürzere Seite 5 mm-20 mm lang ist, kann eine Wicklung kompakter Größe erzeugt werden, da der zum Er zeugen des ECR-Magnetfelds erforderliche Wicklungsstrom klein gemacht werden kann, wobei keine Gefahr einer Isolie rungszerstörung durch das elektrische Feld der Mikrowellen besteht. Ferner kann in den Mikrowellen-Einlassteilen 15a und 15c ein Magnetisierungskörper mit Durchlässigkeit für Mikrowellen, wie ein Ferrit, vorhanden sein. Ferner kann die Wicklungsstromstärke durch die Wicklungs-Spannungsversorgun gen 220a und 220c gesteuert werden, und es kann die im Plas ma absorbierte Mikrowellenenergie von einem jeweiligen Wel lenleiter her gesteuert werden. Ferner kann eine Plasmabear beitungsvorrichtung mit noch besserer Steuerungsfunktion aufgebaut werden, wenn eine Wicklungsstromsteuerung 230 vor handen ist, um diesen Wicklungsstromwert mit der Einstellung der Abstimmeinrichtung zu synchronisieren und zu steuern. Ferner sind, was in Fig. 14 nicht dargestellt ist, zwei wei tere Mikrowellen-Einlassteile 15b und 15d vorhanden. Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht der Bearbeitungskammer vom Mikro wellen-Einlassteil 15d her.

Fig. 16 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung angewandt ist. Bei diesem vierten Ausführungsbei spiel ist eine Bearbeitungskammer 604 mit einem Temperatur geregelten dielektrischen Körper zum Aufrechterhalten eines Vakuumzustands in einem Metallgefäß 601 vorhanden, und am Außenumfang der Bearbeitungskammer 604 ist ein Permanentmag net 602 mit Einzelmagneten mit jeweils umgekehrter Polarität angeordnet. Dadurch wird im Inneren der Bearbeitungskammer 604 ein gezahntes Magnetfeld ausgebildet. Mikrowellen werden durch Wellenleiter 603a und 603c sowie 603b und 603d in die Bearbeitungskammer 604 eingeleitet, wobei jedoch die letzte ren beiden in Fig. 16 nicht dargestellt sind. Ferner ist dort eine Einrichtung zur Temperaturregelung nicht darge stellt. Die Polaritätseigenschaften des benachbart an den Wellenleiter angeordneten Permanentmagnets 602 sind gleich, und in der Bearbeitungskammer 604 ist ein ECR-Magnetfeld ausgebildet.

Für Ätz- und CVD-Vorrichtungen ist es zum Abbauen von an der Wandfläche anhaftenden Fremdstoffen bekannt, die Wandtempe ratur auf einige 100°C zu erhöhen. In diesem Fall kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung des aktuellen Ausführungsbei spiels eine ähnliche Funktion wie die des ersten Ausfüh rungsbeispiels zeigen.

Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel kann, ähnlich wie in Fig. 13 ein Permanentmagnet derselben Polarität um die Wel lenleiter 603a, 603b, 603c und 603d herum vorhanden sein. Ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel können Wicklun gen am Anschlussteil der Bearbeitungskammer 604 und um die Wellenleiter 603a, 603b, 603c und 603d herum vorhanden sein, durch die ein Strom geschickt wird. Ferner kann um die ge nannten Wicklungen herum jeweils ein ferromagnetischer Kör per vorhanden sein.

Vorstehend sind Beispiele für die Bearbeitung kreisförmiger Substrate beschrieben, jedoch kann auch eine rechteckige Form der Bearbeitungskammer bei gleicher Anordnung der Wel lenleiter verwendet werden, wodurch es möglich ist, eine gleichmäßige Bearbeitung eines großen rechteckigen Substrats vorzunehmen, wie es bei der Herstellung von LCDs verwendet wird. Insbesondere kann beim Einleiten von Mikrowellen aus den vier Ecken ein beachtlicher Effekt hinsichtlich gleich mäßiger Bearbeitung erzielt werden.

Durch die oben beschriebenen Konstruktionen, wie sie verall gemeinert in den beigefügten Ansprüchen 1 und 2 dargelegt sind, können Elektronen hoher Energie, wie sie in der Nähe der Wand der Bearbeitungskammer erzeugt werden, leicht in deren mittleren Teil diffundieren, wodurch in der gesamten Bearbeitungskammer ein Plasma erzeugt werden kann. Da ein durch Permanentmagnete erzeugtes gezahntes Magnetfeld ver wendet wird, ist die Magnetfeldstärke im Plasmaeingrenzungs bereich sehr klein, wodurch es möglich ist, ein homogenes Plasma zu erzeugen.

Wenn mehr als vier Wellenleiter an die Bearbeitungskammer angeschlossen sind, ist es möglich, ein gleichmäßiges Plasma zu erzeugen, wie es zur homogenen Bearbeitung eines großflä chigen Substrats erforderlich ist, wobei das Plasma selbst großflächig ausgebildet ist, mit hoher Homogenität und hoher Dichte. Aufgrund dieser Eigenschaften kann auch eine kompak te Plasmabearbeitungsvorrichtung erhalten werden. Da diese Vorrichtung z. B. für Plasma-CVD und Ätzen verwendet werden kann, ist sie mit hohem Funktionsvermögen realisierbar.

Claims

1. Plasmabearbeitungsvorrichtung mit

- einer Bearbeitungskammer (100), in deren Innerem eine durch Plasmabearbeitung zu bearbeitende Substanz gehalten werden kann;
- einer Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (17a, 17b; 602) zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Bearbeitungskammer und
- einer Wellenleitereinrichtung (21a, 21b, 21c, 21d) zum Einleiten von Mikrowellen in die Bearbeitungskammer;
- wobei durch die Mikrowellen und das Magnetfeld ein Plasma erzeugt wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Sendereinrichtung (24) zum Aussenden der Mikrowellen vorhanden ist; und
- die Wellenleitereinrichtung mehrere Wellenleiter aufweist, die mit der Bearbeitungskammer verbunden sind, um Mikrowel len von der Sendereinrichtung in sie einzuleiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung folgendes auf weist:

- eine erste Permanentmagneteinrichtung (17a), die am Außen umfang eines jeweiligen Wellenleiters vorhanden ist und zu mindest in einem Teil desselben und der Bearbeitungskammer (100) ein Magnetfeld mit ECR-Feldstärke in Form eines ge zahnten Magnetfelds erzeugt, dessen Richtung entlang der Senderichtung der Mikrowellen im Wellenleiter alterniert; und
- mehrere zweite Permanentmagnete (17b), die mit alternie render Polarität um die Bearbeitungskammer herum angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung Folgendes auf weist:

- eine Wicklung (210), die am Außenumfang eines jeden Wel lenleiters (21) herum vorhanden ist, um durch Hindurchleiten eines Stroms in der Bearbeitungskammer (100) ein Magnetfeld mit einer Stärke über der ECR-Feldstärke hinsichtlich der Mikrowellenfrequenz zu erzeugen; und
- mehrere Permanentmagnete (17b) mit alternierender Polari tät um die Bearbeitungskammer herum, um ein gezahntes Mag netfeld zu erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Bearbeitungskammer (100) aus einem dielektrischen Kör per besteht, in dem ein Vakuumzustand aufrechterhalten wird; - eine Halteeinrichtung (11) zum Halten der zu bearbeitenden Substanz (14) vorhanden ist;
- ein Metallgefäß vorhanden ist, das die Bearbeitungskammer umgibt; und
- die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (17a, 17b) ein Mag netfeld mit einer Stärke über der ECR-Feldstärke hinsicht lich der Mikrowelle erzeugt und sie eine am Außenumfang der Bearbeitungskammer angeordnete Permanentmagneteinrichtung (17b) mit alternierender Polarität zum Erzeugen eines ge zahnten Magnetfelds aufweist;
- wobei das Magnetfeld in der Nähe eines Anschlussteils zwi schen dem Wellenleiter und der Bearbeitungskammer eine Stär ke über der ECR-Magnetfeldstärke aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie N Wellenleiter aufweist und an mindestens N-1 Wel lenleitern eine Abstimmeinrichtung (301a, 301b, 301c, 301d) vorhanden ist, um jeweils das Profil einer stehenden Welle im jeweiligen Inneren des Wellenleiters zu steuern.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass sie vier Wellenleiter (21a, 21b, 21c, 21d) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen von der Sender einrichtung (24) über eine Verzweigungsstück-Wellenleiter einrichtung (27a, 27b, 27c) in die Wellenleiter eingeleitet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung Folgendes aufweist:

- eine erste T-Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung (27a) zum Verzweigen in zwei Mikrowellen ausgehend von der Sendereinrichtung (24) und
- eine zweite T-Verzweigungsstück-Wellenleitereinrichtung (27b, 27c) zum Verzweigen der zwei verzweigten Mikrowellen in jeweils zwei weitere verzweigte Mikrowellen, wodurch ins gesamt vier verzweigte Mikrowellen erzeugt sind;
- wobei vier Wellenleiter zum Einleiten der vier verzweigten Mikrowellen (21a, 21b, 21c, 21d) mit der Bearbeitungskammer (100) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekenn zeichnet durch

- eine Erfassungseinrichtung (302a, 302b, 302c, 302d) zum Erfassen entweder des Profils einer stehenden Mikrowelle im Wellenleiter und/oder der Leistung einer laufenden Mikrowel le und der Leistung einer reflektierten Mikrowelle im Wel lenleiter; und
- eine Steuerungseinrichtung (426) zum Steuern der Abstimm einrichtung (301a, 301b, 301c, 301d) in solcher Weise, dass im durch die Erfassungseinrichtung überwachten Wellenleiter kein Profil einer stehenden Welle auftritt und/oder in ihm keine übermäßige Leistung einer zugeführten oder reflektier ten Mikrowelle auftritt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Abstimmeinrichtung (301a, 301b, 301c, 301d) eine Ab stimmschraube ist und
- die Steuerungseinrichtung (426) die Abstimmschraube steu ert.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (21a, 21b, 21c, 21d) an eine Seitenwand der Bearbeitungskammer (100) so an geschlossen sind, dass sie die Mikrowellen im Wesentlichen parallel zur Fläche der zu bearbeitenden Substanz (14) ein leiten.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende jedes Wellenleiters mit einem jeweiligen Sender verbunden ist, der Mikrowellen sendet, und das zugehörige andere Ende jedes Wellenleiters mit der Bear beitungskammer (100) verbunden ist.