DE3883824T2

DE3883824T2 - Plasmaerzeugungsgerät.

Info

Publication number: DE3883824T2
Application number: DE88105659T
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Hakamata; Hiroaki Kojima; Tomoe Kurosawa; Yukio Kurosawa; Ken-Ichi Natsui; Yasunori Ohno; Tadashi Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2008-04-09
Also published as: EP0286132A2; US5133825A; EP0286132B1; EP0286132A3; DE3883824D1; KR880013424A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Plasmaerzeugungsgerät, das zur Abscheidung oder zum Ätzen von dünnen Schichten in Halbleiterschaltungsbauelementen oder dgl. bestimmt ist.
Beim Herstellen von dünnen Filmen, bei dem Linien von submikroskopischer Breite erzeugt werden, beispielsweise in Halbleiterschaltungsbauelementen, hat, um die Herstellungsgenauigkeit zu verbessern, eine Verlagerung stattgefunden vom Naßätzen, bei dem eine Lösung verwendet wird, zum Trockenätzen, bei dem ein Plasma verwendet wird. Das Plasma muß einen hohen Reinheitsgrad haben, um eine hohe Herstellungsgenauigkeit zu erreichen. Wenn bei einem Plasmaerzeugungsgerät eine Bogenentladung oder dgl. verwendet wird, werden metallische Fremdstoffe in das Plasma gemischt, so daß zunehmend hochfrequente elektrische Mikrowellenfelder oder dgl. ohne Gebrauch von Elektroden verwendet werden. Zum Beispiel werden in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung JP-A-56-152969 Mikrowellen in eine Plasmaerzeugungskammer durch einen Wellenleiter eingeschleust. Um Plasma zu erzeugen, sind Elektromagnete um die Plasmaerzeugungskammer angeordnet, so daß in der Plasmakammer Magnetfelder erzeugt werden, die dieselbe Richtung haben wie die Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen, und es wird Elektronenzyklotronresonanz in der Kammer hervorgerufen, um wirkungsvoll Plasma zu erzeugen. Zusätzlich werden positive Ionen durch Ionenabziehelektroden unter Beschleunigung abgezogen, und dieser Ionenstrahl wird verwendet, um Abscheidung oder Ätzen von dünnen Filmen oder dgl. zu bewirken. In diesem Fall ist jedoch die Stärke der durch die Elektromagnete erzeugten Magnetfelder innerhalb der Plasmakammer in radialer Richtung im wesentlichen gleichförmig, während die Stärke der elektromagnetischen Felder von durch den Wellenführter geführten Mikrowellen auf der Achse der Plasmakammer groß ist und zu der Seitenwand der Plasmakammer hin kleiner ist. Dementsprechend wird Plasma hauptsächlich in einem Zentralbereich der Plasmaerzeugungskammer erzeugt und diffundiert zu ihrem Rand hin, stößt gegen die Seitenwände und rekombiniert so. Deshalb ist die Dichteverteilung des Plasmas in der Plasmaerzeugungskammer in dem zentralen Bereich groß und die des daraus durch die Abziehelektroden abgezogenen Ionenstrahls wird ungleichmäßig. Diese Ungleichmäßigkeit ist bei der Abscheidung oder beim Ätzen von dünnen Filmen unerwünscht. Darüberhinaus kann die Querschnittsfläche der Plasmakammer nicht sehr groß gemacht werden, da sie in Anbetracht der Ausbreitungseffizienz der Mikrowellen durch die Querschnittsfläche des Wellenleiters begrenzt ist. Obwohl ein großer Durchmesser der Plasmaerzeugugnskammer dadurch vorteilhaft wäre, daß eine große Anzahl von Werkstücken gleichzeitig bearbeitet werden könnte, ist es unmöglich, diesen Vorteil zu erzielen.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP-A-56-112477 offenbart eine Einrichtung zur Erzeugung von Plasma mit einem großen Durchmesser. Bei dieser Einrichtung wird jedoch das Plasma im Inneren eines Innenleiters eines koaxialen Wellenleiters erzeugt und expandiert, so daß Verunreinigungen von der Wandoberfläche des Innenleiters eingemischt werden, wodurch die Reinheit des Plasmas abnimmt. Darüberhinaus schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP-A-61-288348 die folgende Anordnung vor: Das Plasma, das wie die oben beschriebenen durch Mikrowellenentladung erhalten wird, wird als Plasmakathode verwendet, eine Hauptplasmakammer ist vorgesehen, die in der Nähe der Plasmakathode angeordnet ist, eine Kathode ist an einer Einlaßöffnung der Hauptkammer in der Nähe der der Plasmakathode vorgesehen, eine Anode ist an einer Seitenwand der Hauptplasmakammer vorgesehen, Elektronen werden von der Plasmakathode abgezogen, eine Gleichspannungsentladung wird in Hauptplasmakammer erzeugt und ein in die Kammer eingebrachtes Gas wird in Plasma umgewandelt, wodurch ein Plasma mit einem großen Durchmesser erzielt wird. Bei dieser Anordnung stoßen jedoch positive Ionen innerhalb der Hauptplasmakammer gegen die Kathode, infolgedessen tritt Sputtern auf, was nachteiligerweise zu einer Minderung der Reinheit des Plasmas führt.
Ein Plasmaerzeugungsgerät, das zu dem genannten Zweck geeignet ist, wird in der EP-A-0 279 895 offenbart. Dieses Plasmaerzeugungsgerät ist ausgelegt für Plasmaerzeugung auf Grundlage des Elektronenzyklotroneffekts in einer mit einem verdünnten Gas gefüllten Kammer. Dieser Elektronenzyklotroneffekt wird hervorgerufen, indem Mikrowellen in die Kammer eingeführt werden, in der durch Permanentmagnete ein Magnetfeld aufrechterhalten wird, das sich entlang der Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen erstreckt. Diese Kammer dient nicht nur der Plasmaerzeugung, sondern darüberhinaus zur Aufnahme des mit dem Plasma zu behandelnden Substrates.
Ferner zeigt die EP-A-0 171 949 ein weiteres Plasmaerzeugungsgerät zur Erzeugung von Plasma in einer mit einem verdünnten Gas gefüllten Plasmaerzeugungskammer durch kombinierte Wirkung von Mikrowellen und einem Magnetfeld. Das in diesem Gerät verwendete Magnetfeld wird mittels Spulen erzeugt, die eine Kammer umgeben, die die Plasmaerzeugungskammer und eine Reaktionskammer verbindet, und es hat eine Stärkeverteilung, die in Längsrichtung der Plasmaerzeugungskammer Änderungen aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Plasmaerzeugungsgerät zu schaffen, das in der Lage ist, ein hochreines Plasma mit gleichmäßiger Dichteverteilung und großem Durchmesser zu erzeugen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein in dem beigefügten Anspruch 1 definiertes Plasmaerzeugungsgerät; Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Bei der vorliegenden Erfindung sind keine Magnetspulen sondern Permanentmagnete um einen äußeren Rand einer Plasmaerzeugungskammer herum als Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet, um Elektronenzyklotronresonanz hervorzurufen, und im Randbereich der Plasmaerzeugungskammer werden stärkere Magnetfelder als in ihrem zentralen Bereich erzeugt, und das Plasma wird hauptsächlich im Randbereich erzeugt und diffundiert in den zentralen Bereich hinein, wodurch die Dichteverteilung des Plasmas gleichmäßig wird. Zusätzlich nimmt die Querschnittsfläche der Plasmakammer ausgehend vom Mikrowelleneinführungsbereich in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen kontinuierlich zu, um ein Plasma mit einem großen Durchmessser zu erzeugen. Darüberhinaus werden Elektronen, die mittels Elektronenabziehelektroden aus einer Plasmakathode, die durch Elektronenzyklotronresonanz oder dgl. erzeugt wird, in eine zusätzliche Kammer eingeführt werden, in Bewegung gebracht, ohne daß eine Gleichspanung angelegt ist; und hochreines Plasma mit einem großen Durchmesser, das nicht durch Sputtern beeinträchtigt ist, wird in der zusätzlichen Plasmakammer erzeugt.
Andere und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein Plasmaerzeugungsgerät gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig.2 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für die Anordnung der Permanentmagnete gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 und 4 sind vertikale Querschnitte durch andere Beispiele für die Anordnung der Permanentmagnete gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausführung, bei der eine Mehrzahl von Vorplasmakammern vorgesehen sind;
Fig. 6 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausführung, bei der eine Querschnittsfläche des Plasmas allmählichstufenweise zunimmt;
Fig. 7 und 8 sind Querschnitte entlang der Linien VII-VII und VIII-VIII aus Fig. 6;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Stärkeverteilung der magnetischen Felder in einer Plasmaerzeugungskammer;
Fig. 10 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausführung, bei der eine Plasmaexpansionskammer unterhalb der in Fig. 6 gezeigten Plasmakammer angeordnet ist;
Fig. 11 ist ein Querschnitt entlang der Linie XI-XI aus Fig. 10;
Fig. 12 und 13 sind andere Beispiele für die Anordnung der Permanentmagnete in der in Fig. 6 gezeigten Ausführung
Fig. 14 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausführung, bei der zwei Plasmakammern vorgesehen sind; und
Fig. 15 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Abwandlung, die der in Fig. 14 gezeigten Ausführung ähnlich ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird nun eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung gegeben.
In Fig. 1 ist ein Substrathalter 6 in einem Vakuumgefäß 5 angeordnet, das eine Evakuiervorrichtung 11 hat, und dem Substrathalter 6 gegenüberliegend ist eine Plasmakammer 1 vorgesehen. Ein Paar von hohlen, scheibenförmigen Seltenerdmagneten 21a, 21b ist um den äußeren Umfang einer Gefäßwand 20 der Plasmaerzeugungskammer 1 herum vorgesehen. Diese Permanentagnete sind im Tandem angeordnet, und der obere Permanentmagnet 21a und der untere Permanentmagnet 21b sind in einer solchen Weise angeordnet, daß jeweils unterschiedliche Polungen der Gefäßseite gegenüberliegen, wie in Fig. 1 gezeigt. Ein mikrowellendurchlässiges Fenster 24 ist in einer Endplatte der Plasmaerzeugungskammer vorgesehen, ein Wellenleiter 3 ist in der Nähe des Fensters angebracht, und ein Mikrowellengenerator 10, zum Beispiel ein Magnetron, ist an dem Wellenleiter 3 vorgesehen.
Am anderen Ende der Plasmaerzeugungskammer 1 befinden sich zwei einander gegenüberliegende Abziehelektroden 4 mit jeweils einer Mehrfachöffnung. Geeignete Spannungen werden an die Abziehelektroden 4 mittels Gleichspannungsversorgungen 22, 23 angelegt. Die Permanentmagnete 21a, 21b sind Ringmagnete, die radial in wechselseitig umgekehrter Richtung magnetisiert sind und magnetische Feldlinien 25 erzeugen, die im wesentlichen symmetrisch um eine Achse derselben verlaufen. Der die Mikrowellen leitende Wellenleiter 3 ist in einer Richtung entlang dieser Symmetrieachse installiert. Die Oszillationsrichtung der Mikrowellen steht senkrecht sowohl auf der Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen als auch auf den oben erwähnten magnetischen Feldlinien.
Die Frequenz der Mikrowellen möge 2.45 GHz betragen und es wird eine solche Anordnung geschaffen, daß axiale Komponenten des durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldes in der Nähe einer Gefäßwandoberfläche der Plasmaerzeugungskammer 0.0875 T(Tesla) oder größer sind. Gemäß einer von den Erfindern durchgeführten Berechnung ist es mit Seltenerdmagneten mit jeweils einem Innendurchmesser von ca. 100 mm, einem Außendurchmesser von ca. 150 mm, einer Dicke von ca. 8 mm und einer restlichen magnetischen Flußdichte von 0.9 T(Tesla), die in einem Abstand von ungefähr 30 mm angeordnet werden, ohne weiteres möglich, eine magnetische Feldstärke von 0.0875 T (Tesla) oder höher zu erzielen.
Die radiale Ausbreitung der durch die Permanentmagnete hervorgerufenen magnetischen Feldstärke wird durch das Verhältnis zwischen dem Zwischenraum zwischen dem oberen und unteren Magneten und einem Durchmesser der Plasmaerzeugungskammer bestimmt. Dieses Verhältnis wird so gewählt, daß die magnetische Feldstärke im Randbereich größer als in dem zentralen Bereich ist. Als Ergebnis bildet sich ein ringförmiger Bereich an der Innenseite der Gefäßwand mit einer magnetischen Feldstärke von 0.0875 Tesla aus, bei der die Frequenz der Elektronenzyklotronresonanz und die Frequenz der Mikrowellen übereinstimmen.
In diesem Zustand wird ein ätzendes Gas, beispielsweise CF&sub4; (Tetrafluorkohlenstoff) mit einem angemessenen Druck (ungefähr 10&supmin;³ bis 10&supmin;¹ Pa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;³ Torr)) zugeführt. Zu dieser Zeit werden die Elektronen in dem oben beschriebenen ringförmigen elektronenzyklotronresonanten Bereich stark durch die Elektronenzyklotronresonanz beschleunigt. Diese Elektronen stoßen gegen Gasmoleküle und als Ergebnis findet Ionisation statt. Dadurch wird ein dichtes Plasma in der Nähe der Gefäßwand erzeugt. Da außerdem das Plasma in den zentralen Bereich der Plasmakammer diffundiert, wird Plasma in einem gleichförmig verteilten Zustand gebildet.
Die oben beschriebenen Permanentmagnete sind nicht auf hohle Scheibenform beschränkt, sondern wie in Fig. 2 gezeigt kann eine Mehrzahl rechteckiger quaderförmiger Magnete 21 in Form eines Vielecks angeordnet sein.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung werden anstelle des in Fig. 1 dargestellten Magnetpaars vier Magnete verwendet, von denen zwei Magnete, deren nach innen gerichtete Polungen gleich sind, jeweils einander benachbart angeordnet sind (in der Reihenfolge N-N-S-S).
Wenn eine solche Anordnung der Magnete gewählt wird, ist es möglich, unter Verwendung relativ kleiner Magnete einen Magnetfeldbereich einzurichten, der eine axial verlängerte Elektronenzyklotronresonanz innerhalb der Plasmaerzeugungskammer hervorruft.
Obwohl die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung der in Fig. 3 gezeigten ähnlich ist, sind die Magnete so angeordnet, daß benachbarte Magnete jeweils unterschiedliche Polungen haben. Dadurch wird ein "cusp"-förmiges Magnetfeld 3 in der Nähe der Gefäßwand innerhalb der Plasmaerzeugungskammer 1 gebildet, wo Plasma als Ergebnis der Elektronenzyklotronresonanz erzeugt wird.
Im Fall einer Plasmaerzeugungsvorrichtung mit einer solchen Anordnung von Magneten wird der aus dem Plasma abgezogene Ionenstrahl nicht gestört, da die von den Magneten erzeugten Magnetfelder auf die Umgebung der Magnete eingeschränkt sind.
Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung ist mit einer Merhrzahl von Mikrowellengeneratoren 10 und Vorplasmakammern 91 in Beziehung zu einer Hauptplasmakammer 94 versehen. Das in den Vorplasmakammern 91 erzeugte Plasma ist in der Hauptplasmakammer 94 mit Hilfe "cusp"-förmiger Felder 96 eingeschlossen, die durch Magnete mit abwechselnd unterschiedlichen Polungen erzeugt werden. Jedes des Magnetfelder 96 wechselwirkt mit aus den Vorplasmakammern 91 leckenden Mikrowellen, um Plasma im Randbereich der Hauptplasmakammer 94 zu erzeugen. Dieses Plasma wird auch zum Zentralbereich der Hauptplasmakammer 94 diffundiert. So wird hochdichtes und gleichförmiges Plasma in der Hauptplasmakammer 94 angesammelt. Bei dieser Ausgestaltung ist es hinsichtlich der Größe der Hauptplasmakammer 94 leicht möglich, den Durchmesser der Hauptplasmakammer 94 zu vergrößern, indem die Anzahl der Vorplasmakammern 91 erhöht wird.
Bei jedem der oben beschriebenen Beispiele wird der Ionenstrahl aus der Plasmakammer durch Verwendung der Abziehelektroden 4 abgezogen und auf das Werkstück angewandt. Es ist jedoch auch möglich, das Werkstück direkt innerhalb der Plasmakammer zu plazieren und Plasmaätzen oder Plasma-CVD durchzuführen.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung wird die Querschnittsfläche der Plasmaerzeugungskammer im wesentlichen stetig von der Wellenleiteranschlußseite zur Ionenabzugsseite hin erhöht. Außerdem entspricht die Anordnung der Permanentmagnete der in Fig. 3 gezeigten, und die Anzahl der um den äußeren Umfang der Plasmakammer angeordneten Magnete ist identisch, unabhängig von einer Änderung der Querschnittsfläche der Plasmakammer, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt. Folglich wird die durchschnittliche Stärke der Magnetfelder innerhalb der Plasmaerzeugungskammer maximal an einer gegen den Wellenleiter versetzten axialen Position, wie in Fig. 9 gezeigt, und ein Bereich A, in dem die magnetische Feldstärke allmählich zur Ionenabzugsseite hin abnimmt, wird gebildet. Da die Querschnittsfläche der Plasmakammer allmählich erhöht wird, ist es möglich, die Mikrowellen in die Plasmakammer mit geringem Verlust einzuführen und eine große Ionenabzugsfläche zu erhalten. Zusätzlich wird das in der Plasmakammer erzeugte Plasma durch die Wirkung des Gradienten der magnetischen Feldstärke im oben erwähnten Bereich A zur Ionenabzugsseite geschoben. So wird effizient eine große Frontfläche für die Plasmakammer erzielt.
Bei der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung ist eine Plasmaexpansionskammer 43 unterhalb der in Fig. 6 gezeigten Plasmaerzeugungskammer vorgesehen, und mit abwechselnden Polungen angeordnete Permanentmagnete sind um einen äußeren Rand der Plasmaexpansionskammer herum vorgesehen, wie in Fig. 11 gezeigt, um "cusp"- Magnetfelder in einem Randbereich der Expansionskammer zu bilden. Die "cusp"- Felder schließen das Plasma innerhalb der Expansionskammer ein, wobei dessen Rand von der Wandoberfläche der Expansionskammer getrennt ist, mit dem Resultat, daß ein hochreines Plasma erhalten werden kann, dessen Dichte gleichförmiger ist, dessen Durchmesser größer ist und das keine von der Expansionskammerwand abgegebenen Verunreinigungen enthält.
Obwohl die in Fig. 12 gezeigte Vorrichtung der in Fig. 6 gezeigten ähnlich ist, sind die Permanentmagnete so angeordnet, daß die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete zur Wandoberfläche der Plasmakammer ausgerichtet ist. In diesem Fall ist die Anbringung der Permanentmagnete einfach, und die Vorrichtung kann kompakt gemacht werden.
Die in Fig. 13 gezeigte Vorrichtung hat auch eine andere Anordnung der Permanentmagnete. Da halbkreis- oder hufeisenförmige Permanentmagnete benutzt werden, ist die Menge an gestreutem magnetischem Fluß klein, und die Magnetfelder innerhalb der Plasmaerzeugungskammer werden stärker, so daß die Effizienz der Plasmaerzeugung verbessert wird.
Fig. 14 verdeutlicht noch eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der zwei Plasmaerzeugungskammern vorgesehen sind und das Plasma in jeder Kammer getrennt erzeugt wird. In Fig. 14 ist die Anordnung und der Betrieb einer Plasmaerzeugungskammer 51 im wesentlichen identisch mit denen der Plasmaerzeugungskammer 1 der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Eine Hauptplasmakammer 52 ist unter der Plasmakammer 51 vorgesehen.
Zwischen die beiden Kammern ist ein Isolator 55 eingefügt, der elektrische Isolation zwischen ihnen herstellt und ihr Inneres luftdicht abschließt, und eine Stromversorgung 61 ist vorgesehen, um eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Kammern zu erzeugen.
Elektroden 56, 57 mit Mehrfachöffnungen oder in Gitterform sind zum Abziehen von Elektronen zwischen der Plasmakammer 51 und der Hauptplasmakammer 52 vorgesehen, und elektrische Leitfähigkeit wird aufrechterhalten zwischen der Elektronenabziehelektrode 56 und der Plasmakammer 51 sowie zwischen der Elektronenabziehelektrode 57 und der Hauptplasmakammer 52.
Außerdem ist eine Abziehelektrodengruppe 4, bestehend aus einer oder mehreren Mehröffnungselektroden mit einer Mehrzahl von Öffnungen zum Abziehen von von Ionenstrahlen, zwischen der Hauptplasmakammer 52 und einem Vakuumgefäß 5 vorgesehen, geeignete Potentiale werden an die Abziehelektrodengruppe 4 durch Stromversorgungen 62, 63 angelegt.
Wenn durch die Stromversorgung 61 eine Potentialdifferenz an den Elektronenabziehelektroden 56, 57 erzeugt wird, so daß das Potential der Plasmakammer negativ bezüglich der Hauptplasmakammer 52 wird, werden die Elektronen im in der Plasmakammer 51 erzeugten Plasma zwischen den Elektronenabziehelektroden 56, 57 beschleunigt und dringen in die Hauptplasmakammer 52 ein. Da das Innere der Hauptplasmakammer 52 im wesentlichen kein elektrisches Feld hat, fliegen die Elektroden inertial und stoßen gegen die Moleküle des Gases in des Hauptplasmakammer 52 und ionisieren diese. So wird das Plasma in der Hauptplasmakamer 52 praktisch ohne anliegendes elektrisches Feld erzeugt, und Ionen bewegen sich im wesentlichen durch Diffusion. Wenn geeignete Potentiale ( i. allg. -200 bis - 500 V bzw. 1000 V oder weniger) an die Ionenstrahlabziehelektrodengruppe 4 durch die Stromversorgungen 62, 63 angelegt werden, dann kann Bearbeitung der Substrate 7 durch Abziehen der Ionen in Form von Strahlen aus dem Plasma in der Hauptplasmakammer 52 durchgeführt werden.
Da die Anordnung so ist, daß Permanentmagnete 65 ringförmig um einen äußeren Rand der Hauptplasmakammer 52 angeordnet sind, wobei Nordpol und Südpol abwechselnd der Seite der Hauptplasmakammer gegenüberliegen, werden "cusp"- Magnetfelder in der Hauptplasmakammer 52 gebildet, so daß das Plasma in der Hauptkammer 52 mit Hilfe der "cusp"-Magnetfelder eingeschlossen werden kann. Dadurch kann ein Verlust von Plasma an der Wandoberfläche der Plasmakammer verringert werden, und das erzeugte Plasma kann effektiv genutzt werden.
Die in Fig. 15 gezeigte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Elektronenabziehelektroden 71, 72 zum Abziehen der Elektronen aus der Plasmakammer 51 in die Hauptplasmakammer 52 in konvexer Form in die Hauptplasmakammer 52 vorspringend geformt sind, um eine radiale Entnahme der Elektronen zu ermöglichen. Bei dieser Anordnung werden die Richtungen der zur Seitenwand der Hauptplasmakammer 52 orientierten Elektronen durch die in der Nähe der Wandoberfläche gebildeten "cusp"-Magnetfelder verändert, und die Wahrscheinlichkeit, daß die Elektronen mit den Gasmolekülen zusammenstoßen, nimmt zu, so daß ein Vorteil darin besteht, daß ein hochdichtes Plasma in der Hauptplasmakammer 52 erzeugt wird.
Gemäß den in Fig. 14 und 15 gezeigten Ausgestaltungen wird das Plasma durch die Elektronenstrahlen ionisiert, und die Temperatur der Ionen ist mit ungefähr 0,1 eV extrem niedrig und ungefähr 1/100 von 10 eV bei herkömmlichem Mikrowellenplasma. Folglich treten keine schädlichen Zusammenstöße der Ionen mit den Substraten 7 auf, so daß ein Vorteil darin besteht, daß eine Beschädigung der dünnen Filme der Substrate 7 aufgrund von zu starken Zusammenstößen der Ionen mit den dünnen Filmen vermieden werden kann.
Obwohl in den in Fig. 14 und 15 gezeigten Ausgestaltungen positive Ionenstrahlen aus dem Plasma in der Hauptplasmakammer 52 durch die Abziehelektroden 4 abgezogen werden und auf die Werkstücke gestrahlt werden, können die Werkstücke innerhalb der Hauptplasmakammer angeordnet werden und das Plasma selber kann anstelle von Ionenstrahlen verwendet werden. Wenn in diesem Fall eine Wechselspannung über einen Kondensator an das Werkstück angelegt wird, nimmt, da die Ladungsmengen der Elektronen und Ionen im Plasma gleich sind und die Elektronen leichter und sehr beweglich sind, das Werkstück allmählich ein negatives Potential an, was das Ätzen beschleunigen kann. Wenn dünne Filme abgeschieden werden sollen, ist es zur Beschleunigung der Abscheidung auch wirksam, das Werkstück auf einer bestimmten hohen Temperatur zu halten.
Nachdem spezifische Ausgestaltungen unserer Plasmaerzeugungsvorrichtung beschrieben worden sind, wird es für offensichtlich gehalten, daß Abwandlungen und Veränderungen unserer Erfindung im Rahmen der Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Plasmaerzeugungsgerät zum Erzeugen eines Plasmas, das zur Bearbeitung eines Substrats verwendet wird, mit

- wenigstens einer Plasmaerzeugungskammer (1; 51, 52; 91, 94), die mit einem verdünnten Gas gefüllt ist, und in der das Plasma unter Verwendung von Elektronenzyklotronresonanz erzeugt wird,

- wenigstens einem Mikrowellengenerator (10), der eingerichtet ist, um Mikrowellen in die wenigstens eine Plasmaerzeugungskammer entlang eines Ausbreitungsweges, der sich im wesentlichen longitudinal durch die wenigstens eine Plasmaerzeugungskammer erstreckt, einzuführen,

- wenigstens einem Satz Permanentmagnete (21a, 21b), die um den Ausbreitungsweg in der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer angeordnet sind, um in dieser ein Magnetfeld zu erzeugen, das sich entlang der Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen erstreckt und in einem inneren Umfangsbereich der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer eine höhere Intensität als in einem Zentralbereich derselben in einem Querschnitt durch die Kammer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen hat,

- einem Paar Abziehelektroden (4), die am Ende der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer gegenüber dem wenigstens einen Mikrowellengenerator angeordnet und mit einer Gleichspannungsstromversorgung (22, 23) verbunden sind und

- einer Substrathalterkammer (5), die das durch das Plasma zu bearbeitende Substrat (7) enthält und hinter den Abziehelektroden angeordnet ist und von der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen getrennt ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Sätze von Permanentmagneten (21a, 21b) mit einander entgegengesetzten Polungen vorgesehen sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Magnetfelds ausreichend groß ist, um Elektronenzyklotronresonanz bei einer Frequenz der Mikrowellen in zumindest einem Teil der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer (1; 51, 52; 91, 94) hervorzurufen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer (1; 51, 52; 91, 94) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen von einem Mikrowelleneinführungsbereich der Kammer aus in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen im wesentlichen kontinuierlich zunimmt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plasmaspeicherkammer (43) mit einer Querschnittsfläche, die größer als eine maximale Querschnittsfläche der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer (1) ist, so vorgesehen ist, daß sie mit der Plasmaerzeugungskammer in Verbindung steht, und daß eine Mehrzahl von Permanentmagneten (42) um den äußeren Umfang der Plasmaspeicherkammer so angeordnet sind, daß die Polungen benachbarter Magnete einander entgegengesetzt sind.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptplasmaerzeugungskammer (52) zu der wenigstens einen Plasmaerzeugungskammer (51) benachbart angeordnet ist, so daß verdünntes Gas von einer der beiden Kammern (51, 52) in die andere gelangen kann, die aber elektrisch voneinander isoliert sind, daß erste und zweite Elektronenabziehelektroden (56, 57; 71, 72) einander gegenüberliegend angeordnet sind, von denen die erste Elektrode (56) auf der Seite der Plasmaerzeugungskammer angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden ist und die zweite Elektrode (57) auf der Seite der Hauptplasmaerzeugungskammer angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden ist, daß eine Potentialdifferenz zwischen die erste und zweite Abziehelektrode so angelegt wird, daß die zweite Elektrode (57) positiv wird und Elektronen aus der Plasmaerzeugungskammer in die Hauptplasmaerzeugungskammer gezogen und in der Hauptplasmaerzeugungskammer zum Zusammenstoß mit verdünntem Gas gebracht werden, wodurch ein Tieftemperaturplasma erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Permanentmagneten (65) um den äußeren Umfang der Hauptplasmaerzeugungskammer (52) so angeordnet sind, daß Nordpol und Südpol der Magnete abwechselnd der Innenseite der Hauptplasmaerzeugungskammer zugewandt sind.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenabziehelektroden (71, 72) konvex geformt sind und in die Hauptplasmaerzeugungskammer (52) vorstehen.