DE4034526C2 - Plasmaätzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmaätzvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 außerhalb der Kammer 1 befindliche Hochfrequenz-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 entlang 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 abwechselnd 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 CC14 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 Hochfrequenzspannung 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, die beispielsweise in R. D. Mantei, T. E. Wicker, Low Pressure Plasma Etching with Magnetic Confinement; Solid State Technology, April 1985, Seite 263-265, beschrieben ist, auftretendes Problem.

Aus der DE 38 01 205 C1 ist eine Vorrichtung zum Ionenätzen von Substraten bekannt, welche eine Magnetanordnung zur Erzeugung eines räumlich ausgedehnten Feldes im Bereich der Kathode einer Elektrodenanordnung aufweist.

Die verwendete Magnetanordnung, welche aus Helmholtz-Spulen besteht, wird zur Intensivierung des Plasmas, welches sich innerhalb eines Rezipienten ausbildet, vorgesehen. Ein zu behandelndes Substrat ist so im Rezipienten angeordnet, daß das Magnetfeld durch das Substrat hindurchreicht. Hierdurch wird zwar eine Verbesserung der Homogenität der magnetischen Flußdichte in der Ebene mittig zwischen den Spulen erreicht, jedoch ist es erforderlich, das Substrat genau in dieser Ebene zu positionieren.

In der JP 62-235 484 A ist eine Anordnung beschrieben, die zur Bearbeitung eines Substrates mittels eines Ionenstrahles dient. Eine Vielzahl von Permanentmagneten mit wechselnder Polarität sind umfangsmäßig an einem Rezipienten angeordnet, um ein Fokussieren des Ionenstrahles zu erreichen, wodurch die Bearbeitungsintensität des Substrates erhöht werden kann. Die Problematik der Verbesserung eines Plasmaätzvorganges wird dort nicht angesprochen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Plasmaätzvorrichtung bereitzustellen, die mit einem einfachen Aufbau, insbesondere der Magnetfelderzeugungseinrichtung ein gleichmäßigeres Ätzen ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den Unteransprüchen gezeigt sind.

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 Hochfrequenz-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. 1 und 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 CCl4 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 Hochfrequenz-Spannungsquelle 7 zwischen die obere und die untere Elektrode 2, 3 eine Hochfrequenz- 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. Auch hier 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 (5)

1. Plasmaätzvorrichtung mit einer Kammer (1), einer Halterung (3) zum Halten einer Probe (4) in der Kammer (1); einer Plasmaerzeugungseinrichtung, die in der Kammer (1) ein Plasma erzeugt, und einer einen Elektromagneten aufweisende Magnetfelderzeugungseinrichtung (12, 13, 14, 18) zur Erzeugung eines Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche der auf der Halterung (3) angeordneten Probe (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung (12, 13, 14, 18) aus einem zylindrischen Elektromagneten (12) besteht, der die gleiche Mittenachse wie die Kammer (1) hat und die Kammer umgibt, wodurch das Magnetfeld in einem Bereich entlang der Kammerinnenwand (1a) konzentriert ist.

2. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (12) einen Magnetkern (13) mit einem Paar von Ringkörpern (15, 16), die quer zur Kammer (1) auf der Mittenachse angeordnet sind, und eine Vielzahl von Streben (17) zum Verbinden des Paares von Ringkörpern (15, 16) aufweist und daß eine Vielzahl von Spulen (14) auf die Streben (17) des Magnetkernes (13) gewickelt sind.

3. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 2, 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) vorspringen.

4. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge der Ringkörper außerhalb der Kammer angeordnet sind.

5. Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (25b, 26b) der Ringkörper die Kammer (21) durchsetzen und deren Innenseite zugewandt sind.