DE4034526A1 - Plasmaaetzvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Plasmaätzvorrichtung, insbe
sondere Verbesserungen zur Ätzgleichmäßigkeit.
Fig. 5 zeigt eine konventionelle Plasmaätzvorrichtung mit
parallelen Elektrodenplatten. In einer zylindrischen Kammer
1 ist eine obere Elektrode 2 so angeordnet, daß sie einer
unteren Elektrode 3 gegenübersteht. Die obere Elektrode 2
ist geerdet, und die untere Elektrode 3 ist an eine außer
halb der Kammer 1 befindliche HF-Spannungsquelle 7 ange
schlossen. Die untere Elektrode 3 dient außerdem als Pro
bentisch, auf dem zu ätzende Proben 4 wie etwa ein Halb
leitersubstrat angeordnet werden. Die Kammer 1 hat einen
Gaseinlaß 5 und einen Gasauslaß 6. Dauermagnete 8 sind ent
lang dem Umfang der Kammer 1 sie umgebend angeordnet. Wie
Fig. 6 zeigt, sind die Dauermagnete 8 entlang dem Umfang
der Kammer 1 so angeordnet, daß ihre N- und S-Pole abwech
selnd aufeinanderfolgen. Bei dieser Konstruktion werden
Magnetflußlinien 9 parallel zur Oberfläche der Probe 4 in
die Kammer 1 gezogen.
Im Gebrauch werden Reaktionsgase wie etwa CF4 und CCI4
durch den Gaseinlaß 5 eingeleitet, und gleichzeitig werden
die Gase durch den Auslaß 6 abgeführt, um den Gasdruck in
der Kammer 1 konstantzuhalten. Unter diesen Bedingungen
wird eine HF-Spannung an die obere und die untere Elektrode
2, 3 angelegt, um ein Gasplasma in der Kammer 1 zu erzeu
gen. Das Gasplasma ist in dem von den Dauermagneten 8 er
zeugten Magnetfeld eingeschlossen, so daß das Ätzen dadurch
erfolgt, daß die Oberfläche der auf der unteren Elektrode 3
angeordneten Probe 4 dem Gasplasma ausgesetzt ist.
Da jedoch, wie Fig. 6 zeigt, die Magnetflußlinien 9, die
von einer Vielzahl von Dauermagneten 8 ausgehen und das
Plasma umschließen, zwischen den Dauermagneten nach innen
und außen verlaufen, ist die magnetische Feldstärke entlang
dem Innenumfang der Kammer 1 ungleichmäßig verteilt. Da
ferner diese Linien 9 parallel zur Oberfläche der Probe 4
verlaufen, haben sie die Tendenz, den nahe der Probe 4 be
findlichen Bereich zu überdecken. Daher wird auch die Dich
te der Ionen und der Radikalen im Gasplasma ungleichmäßig,
was zu einer niedrigeren Ätzrate und geringeren Ätzgleich
mäßigkeit führt. Dies ist ein bei einer konventionellen
Plasmaätzvorrichtung auftretendes Problem.
Aufgabe der Erfindung ist die Lösung des oben erwähnten
Problems unter Bereitstellung einer Plasmaätzvorrichtung,
mit der ein gleichmäßigeres Ätzen möglich ist.
Die Plasmaätzvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine
Kammer, eine Halterung, die eine Probe in der Kammer hal
tert, eine Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines
Plasmas in der Kammer und eine Magnetfelderzeugungsein
richtung zur Ausbildung eines Magnetfeldes senkrecht zur
Oberfläche der auf der Halterung angeordneten Probe und
entlang der Innenwand der Kammer.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Plasmaätzvorrich
tung nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Perspektivansicht, die einen Magnetkern
des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von
Fig. 1;
Fig. 4 einen Querschnitt, der die wesentlichen Teile
eines weiteren Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine konventionelle
Plasmaätzvorrichtung; und
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von
Fig. 5.
Gemäß Fig. 1 ist in einer zylindrischen Kammer 1 eine obere
Elektrode 2 auf der Mittenachse der Kammer 1 so angeordnet,
daß sie einer unteren Elektrode 3 gegenübersteht. Die obere
Elektrode 2 ist geerdet, und die untere Elektrode 3 ist mit
einer außerhalb der Kammer 1 angeordneten HF-Spannungs
quelle 7 verbunden. Die untere Elektrode 3 dient ferner als
Halterung zur Aufnahme von zu ätzenden Proben wie etwa
eines Halbleitersubstrats. Ein Gaseinlaß 5 und ein Gasaus
laß 6 sind an der Ober- bzw. der Unterseite der Kammer 1
vorgesehen. Eine Gaszufuhreinrichtung 10 ist am Gaseinlaß 5
angeordnet, und eine Gasabfuhreinrichtung 11 ist am Gas
auslaß 6 angeordnet.
Ein zylindrischer Elektromagnet 12 ist so am Umfang der
Kammer 1 angeordnet, daß er die Kammer 1 umgibt. Der Elek
tromagnet 12 hat einen Magnetkern 13 aus einem ferromagne
tischen Werkstoff, und um diesen ist eine Vielzahl Spulen
14 gewickelt. Jede Spule 14 ist an eine Stromversorgungs
einrichtung 18 angeschlossen.
Wie Fig. 2 zeigt, hat der Magnetkern 13 ein Paar Ringkörper
15, 16, die einander auf derselben Mittenachse gegenüber
liegen, und eine Vielzahl Streben 17 verbindet die Ring
körper 15, 16 miteinander. Ringförmige Vorsprünge 15b, 16b,
die stufenartig entlang dem Innenumfang der Ringkörper 15
und 16 vorstehen, sind auf einander gegenüberliegenden
Ebenen 15a, 16a der Ringkörper 15, 16 angeordnet. Diese
Vorsprünge 15b, 16b haben im wesentlichen den gleichen
Durchmesser wie die Kammer 1 und sind quer zur Innenwand 1a
der Kammer 1 relativ zu deren Mittenachse angeordnet, wie
Fig. 1 zeigt. Außerdem ist jeweils eine Spule 14 auf eine
Strebe 17 gewickelt, wie Fig. 3 zeigt.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend
erläutert. Eine zu ätzende Probe 4 wird zuerst auf die
untere Elektrode 3 gelegt. Die Reaktionsgase wie etwa CF4
und CCI4 werden von der Gaszufuhreinrichtung 10 durch den
Gaseinlaß 5 in die Kammer 1 geleitet und gleichzeitig von
der Gasabfuhreinrichtung 11 durch den Gasauslaß 6 abgezo
gen, um den Gasdruck in der Kammer 1 konstantzuhalten.
Unter diesen Bedingungen wird von der HF-Spannungsquelle 7
zwischen die obere und die untere Elektrode 2, 3 eine HF-
Spannung angelegt, wodurch in der Kammer 1 ein Gasplasma
erzeugt wird.
Ein vorbestimmter Gleichstrombetrag wird jeder Spule 14 des
Elektromagneten 12 von der Stromversorgungseinrichtung 18
zugeführt, um den Magnetkern 13 zu magnetisieren. Zu diesem
Zeitpunkt bilden die Vorsprünge 15b, 16b des Magnetkerns 13
ein Paar Magnetpole, die ein zur Oberfläche der Probe 4
senkrechtes und entlang der Innenebene der inneren Wand 1a
der Kammer 1 verlaufendes Magnetfeld erzeugen, wie die Ma
gnetflußlinien 19 in Fig. 1 zeigen. Das in der Kammer 1
erzeugte Gasplasma ist von dem Magnetfeld umschlossen, und
das Ätzen erfolgt, indem die Oberfläche der auf der unteren
Elektrode 3 liegenden Probe 4 dem Gasplasma ausgesetzt ist.
Das von dem Elektromagneten 12 erzeugte Magnetfeld zur Um
schließung des Gasplasmas ist in dem einzigen Bereich nahe
der Innenwand 1a der Kammer 1 konzentriert, und gleichzei
tig ist seine Stärke gleichmäßig entlang dem Innenumfang
der Kammer 1 verteilt. Wenn die Probe 4 auf der Mittenachse
der Kammer 1 liegt, wird die Dichte von Ionen und Radikalen
in dem Bereich nahe der Probe 4 innerhalb des Plasmas
gleichbleibend aufrechterhalten. Infolgedessen findet ein
äußerst gleichmäßiges Ätzen der Probe 4 statt.
Wie Fig. 4 zeigt, kann die Vorrichtung so ausgebildet sein,
daß Vorsprünge 25b, 26b eines Magnetkerns 23 eines Elektro
magneten 22 so angeordnet sind, daß sie eine obere und eine
untere Platte 21a, 21b der Kammer 21 durchsetzen.
Die Einrichtung kann auch so ausgelegt sein, daß sie an
stelle des Elektromagneten 12 von Fig. 1 eine Vielzahl von
Elektromagneten aufweist, die entlang dem Umfang der Kammer
1 so angeordnet sind, daß ein Magnetpolpaar quer zur Innen
wand 1a der Kammer 1 relativ zur Mittenachse der Kammer 1
angeordnet ist. Bei dieser Auslegung wird ein Magnetfeld
entlang der Innenwand 1a der Kammer 1 ausgebildet. Aller
dings ermöglicht der Gebrauch von Elektromagneten 12, 22
mit ringförmigen Magnetpolen eine äußerst gleichmäßige Ma
gnetfeldverteilung und entsprechend gleichmäßiges Ätzen.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist nicht auf eine
Plasmaätzvorrichtung mit parallelen Elektrodenplatten be
schränkt, sondern kann auch bei anderen Plasmaätzvorrich
tungen angewandt werden, z. B. zum Mikrowellen-Plasmaätzen.
Claims (9)
1. Plasmaätzvorrichtung mit einer Kammer (1), gekenn
zeichnet durch
eine Halterung (3) zum Halten einer Probe (4) in der Kammer (1);
eine Plasmaerzeugungseinrichtung, die in der Kammer (1) ein Plasma erzeugt; und
eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (12, 13, 14, 18) zur Erzeugung eines Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche der auf der Halterung (3) angeordneten Probe (4) und entlang der Kammerinnenwand.
eine Halterung (3) zum Halten einer Probe (4) in der Kammer (1);
eine Plasmaerzeugungseinrichtung, die in der Kammer (1) ein Plasma erzeugt; und
eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (12, 13, 14, 18) zur Erzeugung eines Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche der auf der Halterung (3) angeordneten Probe (4) und entlang der Kammerinnenwand.
2. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer (1) zylindrisch ist und die Halterung (3)
die Probe (4) parallel zur Kammerbasis haltert.
3. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung einen im wesent
lichen zylindrischen Elektromagneten (12) aufweist, der die
gleiche Mittenachse wie die Kammer (1) hat und die Kammer
umgibt.
4. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet (12) einen Magnetkern (13) mit einem
Paar von Ringkörpern (15, 16), die quer zur Kammer (1) auf
deren Mittenachse angeordnet sind, und eine Vielzahl von
Streben (17) zum Verbinden des Paars von Ringkörpern (15,
16) aufweist und daß eine Vielzahl Spulen (14) auf die
Streben (17) des Magnetkerns (13) gewickelt ist.
5. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringkörper (15, 16) ringförmige Vorsprünge (15b,
16b) aufweisen, die an einer der Innenwand (1a) der Kammer
entsprechenden Stelle in Richtung zur Kammer (1) vorsprin
gen.
6. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorsprünge der Ringkörper außerhalb der Kammer
angeordnet sind.
7. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorsprünge (25b, 26b) der Ringkörper die Kammer
(21) durchsetzen und deren Innenseite zugewandt sind.
8. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmaerzeugungseinrichtung aufweist: ein Paar
Elektrodenplatten (2, 3) in der Kammer (1) auf der Kammer
mittenachse, die parallel zur Kammerbasis einander gegen
überstehen, eine Spannungsquelle (7) zum Anlegen einer
Spannung zwischen das Paar Elektrodenplatten (2, 3), eine
Gaszufuhreinrichtung (10) zur Zufuhr von Reaktionsgasen in
die Kammer und eine Gasabfuhreinrichtung (11) zur Abfuhr
von Gasen aus der Kammer.
9. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung eine (3) der beiden Elektrodenplatten (2,
3) ist.
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