DE4133030A1 - Mikrowellenplasma-verarbeitungsapparatur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasmaverarbeitungsapparatur, welche verwendet wird zur Herstellung von Halbleiterbauteilen, elektronischen Teilen, etc., auf die dünne Filme aufgetragen werden, wie z. B. ein Flüssigkeits­ kristallanzeigebauteil, ein Linearer bzw. Liniensensor, ein Dünnfilmmagnetkopf etc., und insbesondere eine Plasmaverarbeitungsapparatur, welche geeignet ist zur Plasmaverarbeitung, wie z. B. Dünnfilmbildung, Ätzen, etc., welche in der Lage ist, ein großflächiges, gleichförmiges Verarbeiten zu bewirken.

Als eine Apparatur dieser Art von Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparaturen, gemäß dem Stand der Technik ist z. B. diejenige bekannt, welche in JP-A-62-1 22 227 offenbart ist. Demgemäß ist eine Entladungsröhre in einer Vakuumver­ arbeitungskammer angeordnet, eine Spule ist auf ihr montiert, um an sie ein magnetisches Feld anzulegen, eine Mikrowelle mit einer aus einer Elektronenzyklo­ tronresonanz resultierenden Frequenz ist darin eingeführt durch einen Mikrowellen­ wellenleiter, ein in die Vakuumverarbeitungskammer eingeführtes Reaktionsgas wird zerlegt, indem man darin eine Entladung erzeugt, und auf diese Art wird ein chemischer Niederschlag auf einem Substrat bewirkt, das als eine Probe dient, die in der Vakuumverarbeitungskammer angeordnet ist, oder ein dünner Film wird auf dem Substrat geätzt.

Dennoch wird, um das Verarbeiten eines großflächigen Substrats zu bewirken, eine großangelegte Entladeröhre benötigt, und es ist notwendig, auch eine Hochleistungs­ mikrowelle hineinzuinjizieren. Eine bemerkenswerte Kraft wird an die großangelegte Entladeröhre angelegt, und sie wird zusätzlich durch das in ihr enthaltene Plasma oder die durch sie hindurchtretende Hochleistungsmikrowelle erwärmt. Daher wird sie mit einer großen Wahrscheinlichkeit zerstört. Weiterhin hat in einer solchen Entladeröhre die Plasmadichteverteilung eine starke Tendenz, daß sie hoch ist an dem zentralen Abschnitt, während sie niedrig ist an dem peripheren Abschnitt, wodurch die Form der Entladeröhre wiedergespiegelt wird.

Es wird weiterhin eine Plasmaverarbeitungsapparatur vorgeschlagen, für welche ein an einem Endabschnitt des Mikrowellen-Wellenleiters angeordnetes mikrowellenimi­ tierendes Fenster konstruiert ist als ein Teil der Wand der Vakuumverarbeitungs­ kammer und welches so eingestellt ist, daß genau unter diesem Fenster eine Elektronenzyklotronresonanzbedingung befriedigt wird. In dieser Apparatur wird, da die Größe des Fensters die Fläche bestimmt, in welcher Plasmaverarbeitung bewirkt werden kann, ein Fenster großen Durchmessers benötigt zum Verarbeiten eines großflächigen Substrats. Ein Fenster mit einem großen Durchmesser sollte eine große Dicke haben, damit es eine befriedigende Festigkeit hat. Dennoch, da die zunehmende Dicke des Fensters die Absorption der Mikrowelle erhöht, was einen elektrischen Leistungsverlust erzeugt, ist es im allgemeinen unmöglich, die Dicke gedankenlos zu erhöhen. Als ein Ergebnis wird eine praktische Größe und Dicke des Fensters definiert durch die Beziehung zwischen dem durch die Dicke des Fensters bestimmten elektrischen Leistungsverlust und die Stärke des Fenstermateri­ als. Dies ist der Grund, weshalb es bis heute unmöglich war, ein großflächiges Substrat im Plasma zu verarbeiten, und zwar unter Verwendung dieser Art von Apparaturen.

Andererseits ist als ein anderes Verfahren ein Plasmaverarbeitungsverfahren be­ kannt, welches eine Lisitano-Spule, wie in JP-A-62-2 54 419 beschrieben, verwendet. Wenn jedoch gemäß dem Verfahren eine Hochleistungsmikrowelle eingeführt wird, welche notwendig ist zum Erzeugen eines Hochdichteplasmas in einer großen Fläche, funkt es leicht bei einem Einführungsabschnitt. Daher war es schwierig, es in der Praxis zu verwenden.

Wie oben beschrieben, wurde bei dem Stand der Technik kein Augenmerk auf gleichförmiges Verarbeiten großflächiger Substrate gelegt, und es gab Probleme, z. B., daß es schwierig war, eine Flüssigkristallanzeigetafel zu verarbeiten, ein groß angelegtes Substrat zu verwenden, etc., das Verarbeiten von Plättchen bzw. Wafern mit einem großen Durchmesser unmöglich war, etc.

Weiterhin, wie z. B. in JP-A-59-30 108 beschrieben, etc., wird eine Mikrowellen­ plasma-Verarbeitungsapparatur dieser Art mit einer Vakuumverarbeitungskammer bereitgestellt, welche im Vakuum evakuiert wird, mittels einer damit verbundenen Vakuumevakuierungseinrichtung, und andererseits ist sie mit einer Magnetfeldbil­ dungseinrichtung ausgestattet zum Erzeugen von Elektronenzyklotronresonanz in der Vakuumverarbeitungskammer. Die Mikrowelle, welche eine Frequenz hat, die in der Lage ist, die Elektronenzyklotronresonanz durch Wechselwirkung mit dem Magnet­ feld zu erzeugen, wird von einem Magnetron in die Vakuumverarbeitungskammer durch eine Mikrowelleneinführeinrichtung, wie z. B. einen rechteckigen Mikrowellen­ wellenleiter, etc., eingeführt.

Zusätzlich ist sie ausgestattet mit einer Einrichtung zum Einführen von Reaktions­ gas zum Durchführen der Filmbildung oder des Ätzens und Plasmagas zum Auf­ rechterhalten des Plasmas in der Vakuumverarbeitungskammer. Eine Mikrowellen­ entladung mit Magnetfeld wird in der Vakuumverarbeitungskammer einer solchen Apparatur erzeugt, um eine Filmbildung auf einem Substrat durchzuführen, oder um ein zu verarbeitendes Material zu ätzen. Dennoch wurde bei dieser Art von Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur Nichtgleichförmigkeit der Substratver­ arbeitung aufgrund der Tatsache, daß Räume vorliegen, wie z. B. eine Evakuie­ rungsöffnung, etc., nicht berücksichtigt. Insbesondere diese Nichtgleichförmigkeit ist ein ernsthaftes Problem der Plasmaverarheitung für großflächige Substrate.

Eine Ursache dieser Nichtgleichförmigkeit der Substratverarbeitung wird dem Austritt von Mikrowellen in die Evakuierungsöffnung zugeschrieben, und es wird daher vorgeschlagen, die Evakuierungsöffnung mit einem leitenden Netz zu bedek­ ken, welches Gas hindurchtreten läßt, aber Mikrowellen reflektiert, obwohl es nicht für eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur ist, in der eine Elektronenzyklo­ tronresonanz stattfindet (sog. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur ohne Ma­ gnetfeld). Das heißt, um eine stabile Filmbildung durchzuführen, hat die ganze Vakuumverarbeitungskammer eine koariale Mikrowellenresonanzstruktur, ohne einen Gasfluß zu verhindern durch vollständiges Abdecken der Evakuierungsöffnung mit einem Netz, etc. Zu dieser Hinsicht können z. B. JP-A-63-7374, JP-A-63-7375, etc., zitiert werden.

Bei dieser Art von Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur ohne magnetischem Feld gemäß dem Stand der Technik, in welchem die Vakuumverarbeitungskammer eine koaxiale Mikrowellenresonanzstruktur hat, wurde jedoch einem Problem weniger Beachtung geschenkt, daß nämlich eine Evakuierungskonduktanz gesenkt wurde aufgrund der Tatsache, daß die Evakuierungsöffnung vollständig mit dem leitenden Netz bedeckt war. Weiterhin, obwohl ein Verfahren oft verwendet wird, nachdem die Probe ausgetauscht wird, ohne das Vakuum in der Vakuumverarbei­ tungskammer zwecks Erhöhung der Produktivität zu brechen, wird der Raum für diesen Probenaustausch nicht in Betracht gezogen. Das heißt, wenn dieser Raum vollständig mit einem Netz, etc., bedeckt war, war es schwierig, die Probe auszu­ tauschen, ohne das Vakuum zu brechen.

Weiterhin, was am wenigsten Betrachtung erhielt, ist, daß in dem Fall der Mikro­ wellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld unter Verwendung von Elek­ tronenzyklotronresonanz, wie in der vorliegenden Erfindung, ob wohl die Struktur des Raums, wie z. B. die Evakuierungsöffnung, etc., in der Nachbarschaft einer Ebene, auf welcher die Elektronenzyklotronresonanz auftritt, extrem wichtig war, dies nicht zufriedenstellend in Betracht gezogen wurde. Das heißt, es bestand darin, daß, in dem Fall der Mikrowellenentladung mit Magnetfeld unter Verwendung von Elektronenzyklotronresonanz die Betrachtung, nach der die ganze Vakuumver­ arbeitungskammer eine Resonanzstruktur, wie oben beschrieben, hat, unzulänglich war, und obwohl die Ebene, auf welcher die Elektronenzyklotronresonanz auftritt, wichtig ist für die Stabilität und die Gleichförmigkeit der Verarbeitung, wird überhaupt keine Aufmerksamkeit der in einer Wand der Vakuumverarbeitungs­ kammer ausgebildeten Evakuierungsöffnung, dem Raum zum Austauschen der Probensubstrate, etc., in seiner Nachbarschaft geschenkt.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu entfernen, indem man eine Mikrowellenplasma-Ver­ arbeitungsapparatur bereitstellt, welche in der Lage ist, stabil eine gleichförmige Mikrowellenplasma-Verarbeitung über eine große Fläche zu bewirken.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Mikrowellen­ plasma-Verarbeitungsapparatur bereitzustellen mit einem Magnetfeld, welches in der Lage ist, ein Hochgeschwindigkeits- und gleichförmiges Verarbeiten über eine große Fläche zu bewirken, selbst in dem Fall, wo es mit einer Evakuierungsöffnung ausgestattet ist, die einen großen Durchmesser hat, einem Raum, der zum Austau­ schen von Probensubstraten verwendet wird etc.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mikrowellenplasma-Ver­ arbeitungsapparatur anzuwenden auf Filmbildung durch Plasma CVD unter Ver­ wendung eines Niederdrucks- und Hochdichteplasmas eines Mikrowellenplasmas oder zum Verarbeiten eines großflächigen Substrats durch Plasmaätzen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Apparatur zu realisieren, die in der Lage ist, ein kontinuierliches Verarbeiten zu bewirken, und zwar im Zusammenhang mit der Massenproduktion und als Beitrag zur Herstellung dünner Filme, welche z. B. in einem großangelegten Flüssigkristallanzeigeelement, einem Liniensensor für Facsimile, einem wärmeempfindlichen Kopf etc., zur Verbesserung der Fabrikationsausbeute eines Ätzprozesses für die dünnen Filme und zur Ver­ ringerung der Kosten.

Um die obigen Ziele zu erreichen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung verschiedene Experimente durchgeführt, und als Ergebnis haben sie Kenntnisse erzielt, wie unten beschrieben. Das heißt, um ein großflächiges Plasma zu erzeugen, hat ein an einem Endabschnitt des Mikrowellenleiters angeordneter Strahler eine elektromagnetische hornförmige Struktur, um die Mikrowelle bis zu einer Fläche des zu verarbeitenden Substrats zu vergrößern. Zu diesem Zeitpunkt besteht, um das Plasma gleichförmig zu machen, eine Kammertrennvorrichtung für Plasma, durch welches die Mikrowelle in das Plasmagebiet eingeführt wird, aus einer großflächigen flachen Platte, die z. B. aus Harz gefertigt ist, und einen Teil der Wand der Vakuumverarbeitungskammer darstellt, welche parallel zu einer Substrathaltevorrichtung ist. Weiterhin wird, um eine Zerlegung des Reaktionsgases in dem Plasma gleichförmig zu machen, eine Platte mit vielen Poren zur Gaszufuhr in der Nähe der Kammertrennvorrichtung für das oben beschriebene Plasma angeordnet, und die Apparatur wird so konstruiert, daß das Reaktionsgas zwischen der Platte zur Gaszufuhr und der Kammertrennvorrichtung für Plasma undurch­ treten muß und durch Poren in der Platte zu dem Substrat herausgeblasen wird. Es versteht sich von selbst, daß sie, um eine Mikrowellenentladung zu erzeugen, so konstruiert ist, daß ein Punkt existiert, der die Elektronenzyklotronresonanzbe­ dingung erfüllt, und zwar zwischen der Kammertrennvorrichtung für Plasma, wie oben beschrieben, und der Platte mit vielen Poren zur Gaszufuhr, wie unten beschrieben. Da bei der Erzeugung des Plasmas, falls der Atmosphärendruck an diese großflächige Kammertrennvorrichtung für Plasma von der Seite des Mikrowel­ lenwellenleiters her angelegt wird, die Kammertrennvorrichtung für Plasma leicht zerbrochen durch eine Druckdifferenz aufgrund der Tatsache, daß das Innere der Vakuumverarbeitungskammer im Vakuum evakuiert ist, ist sie außerdem so konstruiert, daß der Druckunterschied verringert wird, durch Bereitstellen einer Druck­ verringerungseinrichtung auf der Seite des elektromagnetischen Horns (Mikrowellen­ wellenleiterseite) dieser Kammertrennvorrichtung für Plasma. Dennoch ist es wichtig, eine Druckbedingung so einzustellen, daß keine Entladung auf der Seite des elektromagnetischen Horns erzeugt wird, d. h. auf der Seite des Mikrowellenwellen­ leiters. Auf diese Art wird, selbst wenn ein die Elektronenzyklotronresonanzbedin­ gung befriedigender Punkt auf der Seite des elektromagnetischen Horns erscheint, weder eine Entladung erzeugt, noch elektrische Mikrowellenleistung durch unnötige Entladung verloren. Man hat gefunden, daß der Druck auf der Seite des elek­ tromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellenwellenleiters), für den keine Entla­ dung erzeugt wird, entweder zwischen 5 und 50 kPa oder unter 10^-4 Pa liegen kann. Selbst wenn die Seite des elektromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellen­ wellenleiters) in einem verringerten Druckzustand ist, ist es, da die Bedingung eingestellt ist, unter welcher keine Entladung stattfindet, nicht notwendig, das Magnetfeld an das Innere des elektromagnetischen Horns anzulegen, und die Größe der Spule kann verringert werden. Weiterhin, in dem Fall, wo ein Druck auf der Seite des elektromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellen-Wellenleiters) derart gewählt wird, daß er zwischen 5 und 50 kPa liegt, wird ein Kühleffekt aufgrund einer Konvektion des Gases für die Kammertrennvorrichtung für das Plasma erzeugt, welches durch die Mikrowelle und das Plasma erwärmt wird, und daher wird, selbst wenn die Apparatur kontinuierlich benutzt wird, weder die Kam­ mertrennvorrichtung für Plasma zerstört, noch das Reaktionsgas durch Wärme zerlegt. Kenntnisse wurden daher erzielt, daß dieses Druckgebiet vorzugsweise verwendet werden kann. Weiterhin, obwohl in der Erklärung für die Apparatur ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem der Strahler an den Endabschnitt des Mikrowellen-Wellenleiters eine elektromagnetische hornförmige Struktur hat, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Kurz gesprochen und im allgemei­ nen kann darauf eine Mikrowellen-Plasmaverarbeitungsapparatur angewendet werden, welche so konstruiert ist, daß die Kammervorrichtung für Plasma einen Teil der Wand der Vakuumverarbeitungskammer darstellt und daß ein Punkt existiert, der die Elektronenzyklotron-Resonanzbedingung genau unter dieser Kam­ mertrennvorrichtung für Plasma erfüllt.

Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der oben beschriebenen Kenntnisse gemacht. Konkrete Einrichtungen zum Erreichen der zuvor beschriebe­ nen Ziele der vorliegenden Erfindung werden weiter unten erklärt.

D.h., die oben beschriebenen Ziele der vorliegenden Erfindung können erreicht werden durch:
eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit einer Gaszufuhreinrichtung; einer Vakuumverarbeitungskammer, welche mit einer Einrichtung zu ihrem Evakuieren im Vakuum versehen ist; einer Einrichtung zum Einführen einer Mikrowelle in die Vakuumverarbeitungskammer; einem mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrich­ tung verbundenen Strahler und Vergrößern der Mikrowelle, um damit eine große Fläche zu bestrahlen; und einer Kammertrennvorrichtung für Plasma, welche aus einem für die Mikrowelle durchlässigen Material gefertigt ist, welche einen Öff­ nungsabschnitt des Strahlers abdichtet und einen Teil einer Wand der Vakuumver­ arbeitungskammer darstellt;
eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit einer Gaszuführeinrichtung; einer Vakuumverarbeitungskammer, welche mit einer Einrichtung zu deren Evakuieren in einem Vakuum versehen ist; einem Mikrowellen-Wellenleiter zum Führen einer Mikrowelle zu der Vakuumverarbeitungskammer; einem Strahler der mit einem Ende des Mikrowellen-Wellenleiters verbunden ist; einer Kammertrennvorrichtung für Plasma, welche einen Öffnungsabschnitt des Strahlers abdichtet und einen Teil einer Wand der Vakuumverarbeitungskammer darstellt; einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welches Elektronenzyklotronresonanz erzeugen kann bei einer Frequenz der Mikrowelle, und zwar genau unterhalb der Kammertrenn­ vorrichtung für Plasma in der Vakuumverarbeitungskammer, wobei sie weiterhin aufweist: eine Einrichtung zum Verringern des Drucks zumindest innerhalb des Strahlers, in welchem die Kammertrennvorrichtung für Plasma angeordnet ist, so daß eine Bedingung, unter welcher dort keine Entladung erzeugt wird, erfüllt ist, so daß ein Druckunterschied verringert wird, der an die Kammertrennvorrichtung für Plasma angelegt ist, und zwar zum Einführen der Mikrowelle in die Vakuum­ verarbeitungskammer; und
seine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit einem Magnetfeld mit einer Vakuumverarbeitungskammer; einer Einrichtung zu deren Evakuieren im Vakuum; einer Probehalteeinrichtung; einer Einrichtung zum Einführen von Reaktionsgas und Entladegas in sie; einer Magnetfeldbildungseinrichtung zum Erzeugen von Elek­ tronenzyklotronresonanz; einer elektrischen Mikrowellenleistungszuführeinrichtung; zumindest einem Teil einer Evakuierungsöffnung der Einrichtung zum Evakuieren der Kammer im Vakuum, welche so angeordnet ist, daß sie an einer Wand der Vakuumverarbeitungskammer von einer Kammertrennvorrichtung für Plasma an zumindest einer Probenhalteoberfläche der Probenhalteeinrichtung ist und zugleich einer Elektronenzyklotronresonanzplatte, welche durch die Magnetfeldbildungsein­ richtung gebildet wird, welche in einer räumlichen Position von der Kammertrenn­ vorrichtung für Mikrowellen an der Probenhalteoberfläche ausgebildet ist; wobei eine Wandoberfläche an der Seite der Vakuumverarbeitungskammer aus einem mikrowellenreflektierenden Material gefertigt ist, so daß eine axiale Symmetrie der Mikrowelle aufrechterhalten bleibt.

Weiterhin ist es für die Struktur des mit einem Ende des Mikrowellen-Wellenlei­ ters verbundenen Strahlers vorzuziehen, daß er auf der Seite der Vakuumver­ arbeitungskammer vergrößert wird, und ein elektromagnetischer hornförmiger Strahler ist dafür erwünschenswert.

Weiterhin, da die Kammertrennvorrichtung für Plasma, welche den Öffnungsab­ schnitt des Strahlers abdichtet, welcher mit einem Ende des oben beschriebenen Mikroellen-Wellenleiters verbunden ist und einen Teil der Wand der Vakuumver­ arbeitungskammer darstellt, aus jedem Material gefertigt werden kann, wenn es Mikrowellen leicht hindurchtreten läßt, eine Wärmebeständigkeit hat, in der mecha­ nischen Stärke exzellent ist und zusätzlich chemisch stabil ist. Eine Quarzplatte, etc. ist praktisch und wird bevorzugt.

Das elektromagnetische Horn, welches den Mikrowellenstrahler darstellt, vergrößert die Mikrowelle bis zu dem Durchmesser der Öffnung des Horns. Obwohl die Intensität der injizierten Mikrowelle nicht gleichförmig ist, so ist, falls die injizierte elektrische Mikrowellenleistung ausreichend hoch ist, die Plasmadichte gesättigt, so daß sie gleichförmig ist. Der Grad der Zersetzung des Reaktionsgases durch das Plasma wird konstant gemacht, indem man das Reaktionsgas hindurchtreten läßt zwischen der Platte mit Poren und der Kammertrennvorrichtung für Plasma, welche parallel und gegenüber der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und es durch Poren in der Platte mit Poren gegen das Substrat bläst, um das Reaktionsgas gleichförmig an der Oberfläche des Substrats wirken zu lassen. Die Kammertrenn­ vorrichtung für Plasma ist der Mikrowelle hoher elektrischer Leistung und dem Plasma ausgesetzt, und daher wird sie leicht der Erwärmung und einem Ober­ flächenschaden ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt, sofern der Druck auf der Seite des elektromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellen-Wellenleiters) atmosphärisch ist wie bei dem Stand der Technik, wird eine starke Kraft auf die Kammertrenn­ vorrichtung für Plasma ausgeübt, und die Kammertrennvorrichtung wird leicht zerstört. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Druck auf der Seite des elektromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellen-Wellenleiters) gesenkt bis zu einem Zustand wo keine Entladung stattfindet, indem man eine Druckverringe­ rungseinrichtung verwendet. Auf diese Art wird die auf die Kammertrennvorrichtung für Plasma wirkende Kraft verringert, indem man den Druckunterschied zwischen der Vakuumverarbeitungskammer und der Seite des elektromagnetischen Horns verringert, um die Beschädigung der Kammertrennvorrichtung für Plasma zu vermeiden. In diesem Fall, sofern der Druck auf der Seite des elektromagnetischen Horns (Seite des Mikrowellen-Wellenleiters) zwischen 10^-3 Pa und 1 kPa ist, findet eine Mikrowellenentladung in dem elektromagnetischen Horn statt, und der Verlust an elektrischer Mikrowellenleistung ist groß. Daher sollte dieses Gebiet vermieden werden. Es ist auch möglich, den unteren Druckbereich zu wählen, welcher un­ terhalb von 10^-4 Pa ist. In diesem Druckbereich ist es sicherer, daß keine Entla­ dung auftritt. Man braucht jedoch ein Evakuierungssystem für Hochvakuum dafür, und die Konduktanz zum Evakuieren der Kammer in diesem Hochvakuum sollte groß sein. Dies führt jedoch dazu, daß eine große Evakuierungsöffnung in dem Mikrowellen-Wellenleitersystem ausgebildet wird, welches zu einem Absenken der Transmissionseffizienz für die Mikrowelle führt. Demgegenüber, in dem Fall wo der höhere Druckbereich, der zwischen 5 bis 50 kPa liegt, gewählt wird, ist ein Evakuierungssystem ausreichend, welches auf dem Niveau einer Ölrotationspumpe liegt, und die Evakuierungsöffnung kann klein sein. Zusätzlich ist für Drücke über 1 kPa Wärmeübertragung aufgrund von Konvektion durch Gas fast gleich zu der die bei atmosphärischem Druck erzielt wird. Folglich, da die Wärmeübertragung aufgrund von Konvektion durch Gas so wirkt, daß die durch die Mikrowelle oder das Plasma erwärmte Kammertrennvorrichtung für Plasma gekühlt wird, ist es extrem praktisch und bevorzugt. In dem Falle, wo Plasma-CVD, etc. bewirkt wird, werden oft Gase mit relativ niedriger thermischer Zersetzungstemperatur, wie z. B. Monosilan oder Disilan, als Reaktionsgase verwendet. In diesem Falle, wenn die Kammertrennvorrichtung für Plasma überhitzt wird, tritt deren thermische Zerset­ zung ein, was zu einem Verlust des Reaktionsgases oder einer Verschlechterung der Charakteristiken eines auf dem Substrat ausgebildeten Films führt. Im Gegen­ satz dazu, wenn die Kammertrennvorrichtung für Plasma durch die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlt wird, tritt ein derartiges Problem aufgrund des Übererhitzens der Kammertrennvorrichtung für Plasma nicht auf.

Weiterhin können die zuvor beschriebenen Ziele durch eine Mikrowellenplasma-Ver­ arbeitungsapparatur mit Magnetfeld erreicht werden, welche aufweist: eine Vaku­ umverarbeitungskammer; eine Einrichtung zu deren Evakuieren im Vakuum; eine Probenhalteeinrichtung; eine Einrichtung zum Einführen von Reaktionsgas und Entladegas in sie; eine Magnetfeldbildungseinrichtung zum Erzeugen von Elek­ tronenzyklotronresonanz; und eine elektrische Mikrowellenleistungszuführeinrichtung; wobei zumindest ein Teil einer Evakuierungsöffnung der Einrichtung zum Evakuie­ ren der Kammer im Vakuum so angeordnet ist, daß sie an einer Seitenwand der Vakuumverarbeitungskammer angeordnet ist, und zwar von einer Plasmakammer­ trennvorrichtung zu zumindest einer Probenhalteoberfläche der Probenhalteein­ richtung und wobei zugleich eine Elektronenzyklotronresonanzebene durch die Magnetfeldbildungseinrichtung gebildet ist, welche in einer räumlichen Position von der Mikrowellenkammertrennvorrichtung zu der Probenhalteoberfläche ausgebildet ist, wobei eine Wandoberfläche an der Seite der Vakuumverarbeitungskammer aus einem mikrowellenreflektierenden Material gefertigt ist, so daß eine axiale Sym­ metrie der Mikrowelle aufrechterhalten wird.

D.h. die obigen Ziele können erreicht werden durch Anbringen eines reflektieren­ den Elementes, welches für die Plasmaverarbeitung verwendetes Gas hindurchtreten läßt, aber eine Mikrowelle reflektiert, und zwar zumindest an der Elektronenzyklo­ tronresonanzebene und der oben beschriebenen Probenhalteoberfläche sowie an einem Teil der Wand der Vakuumverarbeitungskammer, durch welche die Mikro­ welle hindurchgeht, bevor sie dort ankommt, und zwar unter bzw. inmitten bzw. zwischen der Evakuierungsöffnung, dem Raum für den Probenaustausch, etc.

Eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur, die die Elektronenzyklotronresonanz verwendet, ist im allgemeinen so konstruiert, daß die Evakuierungsöffnung hinter der Probenhalteoberfläche an der koaxialen Richtung angebracht ist, in bezug auf den Mikrowelleneinführungsabschnitt. Um jedoch die Evakuierungskonduktanz durch Vergrößern der Evakuierungsöffnung zu erhöhen mit dem Zweck, ein großflächiges Probensubstrat zu bearbeiten, befindet sich die Evakuierungsöffnung oft an einer Seitenwandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer, was in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle ist, und zwar der Einfachheit des Entwurfs wegen. Weiterhin befindet sich in vielen Fällen der Raum für den Probenaustausch aus demselben Grund auch an einer Seitenwandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer. Daher ist die Apparatur so konstruiert, daß unter den dadurch ausgebildeten Räumen an den Wandoberflächen der Vakuumver­ arbeitungskammer zumindest die Elektronenzyklotronresonanzebene und die oben beschriebene Probenhalteoberfläche sowie der Teil der Wand der Vakuumver­ arbeitungskammer, durch den die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie dort ankommt, mit dem Mikrowellen-reflektierenden Element bedeckt sind, so daß sie Oberflächen haben, die beinahe gleich der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer sind.

Jedoch in dem Fall, wo sowohl die Elektronenzyklotronresonanzoberfläche und die Probenhalteoberfläche sich in Positionen befinden, die keine Beziehungen haben mit der Evakuierungsöffnung, dem Raum für den Substrataustausch, etc. oder in dem Fall, wo die Evakuierungsöffnung, der Raum für den Substrataustausch, etc. nicht an der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer sich befinden, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei der Probe ankommt, ist der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, nicht immer notwendig. Jedoch in dem Fall, wo selbst ein kleiner Teil der Evakuierungsöffnung, des Raums für den Probenaustausch, etc. sich in den oben beschriebenen Positio­ nen befindet, wird der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt.

Eine zylindrische Vakuumverarbeitungskammer wird am häufigsten verwendet. Dies ist so, weil es für die Erhöhung der Gleichförmigkeit im Hinblick auf die Aus­ breitung der Mikrowelle vorteilhaft ist. Konkret gesprochen sollte daher die Evaku­ ierungsöffnung, der Raum für den Probenaustausch, etc. mit einem Mikrowellen reflektierenden Element in einer gekrümmten Oberflächenform bedeckt sein. Als das reflektierende Element mit der oben beschriebenen Funktion wird vorzugsweise ein leitendes Netz mit Maschen angebracht, die befriedigend kleiner sind als die Wellenlänge der verwendeten Mikrowelle, oder ein sogenanntes Lochbrett, das aus einem Leiter besteht, bei dem in einem Teil Löcher ausgebildet sind, die einen Durchmesser haben, der befriedigend kleiner ist als die Wellenlänge der verwende­ ten Mikrowelle, etc. Da jedoch, wenn ein Blendenteil klein ist, es unmöglich ist, eine zufriedenstellende Evakuierungskonduktanz zu erreichen, ist es wünschenswert, daß der Blendenteil so groß wie möglich ist, während man zufriedenstellend die Funktion des Reflektierens der Mikrowelle beibehält. Weiterhin kann an Orten, wo eine Transmission von Gas nicht notwendigerweise gut ist, in dem Raum für den Probenaustausch, etc., eine leitende Platte, in welcher Löcher, etc. nicht ausgebildet sind, verwendet werden. In beiden Fällen sollten diese Elemente elektrisch zu­ friedenstellend gut mit der Innenwand der Vakuumverarbeitungskammer verbunden werden.

In einer Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur in welcher die Verarbeitung einer Probe bewirkt wird durch Einführen einer Mikrowelle in die Vakuumver­ arbeitungskammer und Verwenden eines Mikrowellenplasmas, sollte, da nicht nur eine Einrichtung zum Einfügen einer Mikrowelle, sondern auch die Vakuumver­ arbeitungskammer, die Probenhaltevorrichtung etc. als ein Mikrowellenschaltkreis dienen, die Form, die Größe etc. davon befriedigend studiert werden. Wenn die Evakuierungsöffnung und der Raum für den Probenaustausch, etc. an der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer angebracht sind, ist die Symmetrie in bezug auf die Ausbreitung der Mikrowelle schlecht, und als ein Ergebnis ist es schwierig, eine großflächige, gleichmäßige Verarbeitung zu bewirken. Weiterhin ist es mühselig, den Aufbau eines Gerätes für eine Kompensation ihrer Einflüsse zu entwerfen. Folglich ist es notwendig, diese Räume mit einem Element abzudecken, welches die für die Plasmaverarbeitung verwendeten Gase hindurchtreten läßt, aber die Mikrowelle reflektiert.

Diese Elemente, welche eine Mikrowelle reflektieren, sind aus einem Leiter gefertigt, und es ist notwendig, sie in einer Netzform zu gestalten oder kleine Löcher in ihnen zu bilden, so daß die Gase durch sie befriedigend hindurchtreten können. Um jedoch eine Mikrowelle zu transmittieren, ist es notwendig, daß die Masche oder der größte Durchmesser der Löcher ausreichend kleiner ist als die Wellenlänge der verwendeten Mikrowelle, und zwar vorzugsweise kleiner als ein Viertel der Wellenlänge. Andererseits, da es notwendig ist, daß das Verhältnis der Blende ausreichend groß ist, damit die Gase gut durch sie hindurchtreten können, ist es nützlich, ein vorzugsweise netzförmiges leitendes Element zu verwenden. Beim Montieren ist es notwendig, es elektrisch gut mit der Innenwand der Vaku­ umverarbeitungskammer zu verbinden. Die Mikrowelle kann durch das leitende Element sowie durch die Innenwand der Vakuumverarbeitungskammer in der Form eines Oberflächenstroms transmittiert werden, indem man es daran befestigt, wie zum Beispiel durch Löten. Diese hat zum Ergebnis, daß die Symmetrie verbessert wird und ein gleichförmiges Verarbeiten bewirkt werden kann.

Weiterhin hat dieses leitende Element zusätzlich zum Teil einen Effekt, der ein Austreten der Mikrowelle ins Äußere der Apparatur verhindert.

Wenn jedoch die oben beschriebenen Räume durch dieses Verfahren vollständig abgedeckt werden, ist die Evakuierungskonduktanz, selbst wenn das leitende Element netzförmig ist, mehr oder weniger verschlechtert. Da dies ursprünglich eine Maßnahme zum Lösen eines Problems ist, welches durch die Tatsache entsteht, daß die Evakuierung in einer transversalen Richtung bewerkstelligt wird zwecks einer Erhöhung der Evakuierungskonduktanz, ist es notwendig, eine Verschlechterung der Evakuierungskonduktanz auf kleinstmögliche Werte zu beschränken. Weiterhin, was den Raum für den Probenaustausch angeht, so behinderte er, falls er vollständig abgedeckt ist, den Probenaustausch. D.h., um einen Raum sicherzustellen, durch den eine Probe hindurchgeführt werden kann, ist eine Vorrichtung zu seinem Abdecken mit dem leitenden Element nach Durchführen des Probenaustausches notwendig, was den Aufbau der Apparatur komplizierter macht.

Weiterhin gibt es viele Punkte, die nicht klargestellt wurden, die die Form der Vakuumverarbeitungskammer in der Nachbarschaft der Elektronenzyklotronreso­ nanzebene betreffen in dem Fall einer Apparatur mit Magnetfeld.

Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Studien durchgeführt, insbesondere über die Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld und der Verwendung von Elektronenzyklotronresonanz, und erhielten die folgenden Kenntnisse.

D.h., eine Schlußfolgerung wurde experimentell erhalten, daß in dem Fall der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld es in erster Linie in dem Raum von der Kammertrennvorrichtung zu der Ebene, auf welcher die Elektronen­ zyklotronresonanz stattfindet, und zweitens in dem Raum von der Ebene, auf der die Elektronenzyklotronresonanz stattfindet, zu der Probenhalteoberfläche ist, daß die Symmetrie der Vakuumverarbeitungskammer in bezug auf die Mikrowelle benötigt wird durch großflächige, gleichmäßige Verarbeitung, und es ist nicht so wichtig, daß die ganze Vakuumverarbeitungskammer als eine symmetrische Reso­ nanzstruktur wirkt, sondern daß nur die Symmetrie des Teiles von dem Mikrowel­ leneinführungsabschnitt zu der Probenhalteoberfläche durch die Elektronenzyklotron­ resonanzoberfläche wichtig ist. Das ist so, weil fast die ganze Mikrowelle, die von der Mikrowelleneinführeinrichtung in die Vakuumverarbeitungskammer eingeführt wird, durch die Ebene, wo die Elektronenzyklotronresonanz stattfindet, absorbiert oder reflektiert wird. Andererseits wurde nachgewiesen, daß ein Teil der Mikrowel­ le durch die Elektronenzyklotronresonanzebene transmittiert wird und die Probe erreicht. Daher ist es notwendig, daß die Vakuumverarbeitungskammer in bezug auf die Mikrowelle symmetrisch ist, und zwar ebenfalls in der Nachbarschaft der Probenhalteoberfläche. Dies ist eine Kenntnis, die im Falle der Mikrowellenentla­ dung gemäß dem Stand der Technik ohne Magnetfeld nicht erhalten werden kann, und ist ein Phänomen, welches für die Verwendung der Mikrowellenentladung mit Magnetfeld und der Verwendung der Elektronenzyklotronresonanz eigentümlich ist. Vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der oben beschriebenen Kenntnisse gemacht, und eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach ihr ist so kon­ struiert, das zumindest der Teil, der sich in dem Raum von dem Mikrowellen­ einführabschnitt zu der Probenhalteoberfläche durch die Elektronenzyklotronreso­ nanzebene befindet, und zwar zwischen der Evakuierungsöffnung der Vakuumver­ arbeitungskammer, dem Raum für den Probenaustausch, etc., mit dem oben beschriebenen mikrowellenreflektierenden Element bedeckt ist.

Obwohl diese Konstruktion auf den ersten Blick ähnlich aussieht wie die der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur ohne Magnetfeld gemäß dem Stand der Technik, wie zuvor beschrieben, unterscheidet sie sich deutlich von der letzteren in der Aufgabe sowie im Betrieb und der Wirkung.

D.h., in dem Falle der Mikrowellenentladung ohne Magnetfeld gemäß dem Stand der Technik, da es keinen Ort gab, der fast die ganze Mikrowelle absorbiert oder reflektiert hat, wie zum Beispiel die Elektronenzyklotronresonanzebene, war es wichtig, daß die gesamte Vakuumverarbeitungskammer eine Resonanzstruktur hatte. Folglich war es notwendig, die Räume, wie zum Beispiel die Evakuierungsöffnung, etc. mit einem Element, wie zum Beispiel einem Netz, etc. vollständig abzudecken. Im Gegensatz dazu ist es in der Mikrowellenentladung mit Magnetfeld und der Verwendung der Elektronenzyklotronresonanz, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, da fast die ganze Mikrowelle durch die Elektronenzyklotronresonanz­ ebene absorbiert oder reflektiert wird , nicht notwendig, daß die ganze Vakuumver­ arbeitungskammer eine Resonanzstruktur hat. Was viel wichtiger ist, ist die Sym­ metrie der Elektronzyklotronresonanzeben und der Probenhalteoberfläche, sowie der Vakuumverarbeitungskammer, durch welche die Mikrowelle hindurchgeht, bevor sie dort ankommt. Falls die Wand der Vakuumverarbeitungskammer in diesen Räumen symmetrisch ist, ist es nicht notwendig, daß die gesamte Vakuumverarbeitungs­ kammer eine Resonanzstruktur hat.

Weiterhin war es in dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik notwendig, die Räume vollständig abzudecken, wie zum Beispiel die Evakuierungsöffnung, und zwar mit einem Element, wie zum Beispiel einem Netz, um auch eine Gleichför­ migkeit auf der parallel zu der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle angeordneten Probe zu erreichen. Andererseits, da das, was gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig ist, Gleichförmigkeit an einer plattenförmigen Probe ist, welche senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle angeordnet ist, ist es ausreichend, wenn die Symmetrie der Vakuumverarbeitungskammer an dem zuvor beschriebenen Teil sicher gestellt ist. Die vorliegende Erfindung ist nützlich zum Lösen der Probleme und Entfernen der Beschränkungen, welche den Probenaustausch und eine Ver­ schlechterung der Evakuierungskonduktanz, etc. betreffen, welche am ehesten aufgrund der Tatsache auftraten, daß die Evakuierungsöffnung in der Vakuumver­ arbeitungskammer vollständig mit einem Netz etc. abgedeckt war.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein schematischer longitudinaler Querschnitt des Hauptteiles und zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Mikrowellenplasmaverarbei­ tungsapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein schematischer longitudinaler Querschnitt des Hauptteils einer Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld, welche ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3A und 3B sind Grundrißansichten, die Beispiele der Form von mikrowellen­ reflektierenden Elementen zeigen, die beide in Fig. 2 verwendet sind, wobei insbesondere Fig. 3B ein drittes Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine Grundrißansicht eines Substrates, das in der durch IV-IV in Fig. 2 angedeutetend Richtung betrachtet wird;

Fig. 5(a) und 5(b) sind charakteristische Kurven, die die Beziehung zwischen der Position des Substrates und der Verteilung der Filmdicke andeuten;

Fig. 6 ist ein Schema, welches ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist ein Schema, welches ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung zeigt;

Fig. 8 und 9 zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ist ein Schema, welches ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung zeigt;

Fig. 11 ist eine Grundrißansicht eines Substrates, welches in einer in Fig. 10 durch XI-XI angedeuteten Richtung betrachtet wird;

Fig. 12(a) und 12(b) sind charakteristische Kurven, die die Beziehung zwischen der Position auf dem Substrat und der Verteilung der Filmdicke anzeigen; und

Fig. 13 ist ein Schema, das ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 1 zeigt einen schematischen longitudinalen Querschnitt des Hauptteiles des ersten Ausführungsbeispiels der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur entspre­ chend der vorliegenden Erfindung.

Sie ist so konstruiert, daß eine Mikrowelle von 2,44 GHz von einem Mikrowel­ lengenerator 1 an ein elektromagnetisches Horn 4 geführt wird, das einen Strahler durch ein Mikrowellen-Wellenleitersystem 2 darstellt.

Eine Quarzplatte 3 wird in den Mittelweg eines Mikrowellenwellenleiters 2a in dem Mikrowellenwellenleitersystem 2 gebracht, um eine Vakuumdichtung zu bewirken. Das Innere des elektromagnetischen Horns, wird, von ihm aus beginnend, mittels einer Vakuumpumpe 16 evakuiert, so daß der Druck auf 10 kPa verringert wird, während der Druck mittels eines Ventils 15 reguliert wird. Eine aus 5 mm dickem Ouarz gefertigte Kammertrennvorrichtung 8 wird an den Öffnungsabschnitt des elektromagnetischen Horns 4 als Kammertrennvorrichtung für Plasma gebracht. Auf diese Art ist das elektromagnetische Horn 4 hermetisch abgedichtet in bezug auf eine Vakuumverarbeitungskammer 6 (Reaktionsplatte), welche eine Vakuum­ verarbeitungskammer darstellt. Ein Magnetfeld wird erzeugt, in dem man Strom durch eine elektromagnetische Spule 5 fließen läßt, und sie ist so eingestellt, daß oder Elektronenzyklotronresonanzpunkt existiert in einem räumlichen Gebiet zwischen einer aus Quarz gefertigten Platte 9 mit vielen Poren für die Gaszuführung, und zwar genau unterhalb der Kammertrennvorrichtung 8 und einem Substrat 10, welches auf einen Substrathalter 11 gebracht wird.

Das Reaktionsgas wird von einer Gaseinführöffnung 7a zu einem Reaktionsgaspuf­ fer 7 geschickt und hinaus in den Reaktionsraum 6 geblasen durch Poren in der Platte 9 durch einen Spalt von 0,3 mm zwischen der Kammertrennvorrichtung 8 und einer Platte 9.

Da die in den Mittelweg des Mikrowellenwellenleiters 2a gebrachte Quarzplatte 3 erwärmt wird, weil eine Mikrowelle hoher Dichte durch sie hindurchtritt, ist ein Kühlwasserrohr 19, das als eine Kühleinrichtung dient, an dem Flanschabschnitt davon zur Kühlung der Quarzplatte 3 angeordnet, und zur selben Zeit wird komprimierte Luft herausgeblasen durch eine Düse 18, welche auf der Seite des Mikrowellenwellenleiters angeordnet ist, die auf atmosphärischem Druck gehalten wird, um auch Luftkühlung zu bewirken.

Weiterhin, da die Kammertrennvorrichtung 8 und die Platte 9 durch die Mikrowel­ le und das Plasma innerhalb der Vakuumverarbeitungskammer 6 (Reaktionsraum) erwärmt werden, wird eine wie unten beschriebene Konstruktion als eine Kühl­ einrichtung dafür übernommen. D.h., ein Rohr 20, durch welches man Kühlwasser fließen läßt, ist an der äußeren Oberfläche des elektromagnetischen Horns 4 als ein Wärmeaustauscher angeordnet, und auf diese Art werden sie indirekt durch Wärmeübertragung durch Luftkonvektion gekühlt bei einem Druck von 10 kPa innerhalb des elektromagnetischen Horns 4.

Der Durchmesser der Öffnung des elektromagnetischen Horns 4 ist 400 mm, und sowohl die Kammertrennvorrichtung 8 als auch die Platte 9 mit vielen Poren für die Gaszufuhr haben einen Durchmesser von 420 mm. Die Temperatur an deren Zentrum wird durch diesen Kühleffekt auf eine Konstante von ca. 200^oC ausgegli­ chen, und zwar in dem Fall, wo ein Stickstoffplasma kontinuierlich erzeugt wird bei einer injizierten elektrischen Mikrowellenleistung von 4 kW.

In dem Falle, wo die Quarzplatte 3 zerbrochen ist, oder die Vakuumverarbeitungs­ kammer 6 ein Leck hat, etc., wird ein Druckunterschied zwischen der Seite des ringförmigen elektromagnetischen Horns 4 und der Seite der Vakuumverarbeitungs­ kammer 6 erzeugt. Deshalb ist ein Sicherheitsventil 17 durch ein Verbindungsrohr 21 angeordnet, um zu verhindern, daß die Kammertrennvorrichtung 8 zerbrochen wird. Das Sicherheitsventil 17 wird durch einen Druckunterschied von 20 kPa geöffnet, so daß kein dies überschreitender Druck an die Kammertrennvorrichtung 8 angelegt wird.

In Fig. 1 ist ein konduktanzregulierendes Ventil 12, eine Turbomolekularpumpe 13, eine Evakuierungspumpe 14 und eine an dem Mikrowellenwellenleiter ange­ brachte Abstimmvorrichtung 22 dargestellt.

Obwohl die in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ver­ wendete Kammertrennvorrichtung 8 aus Quarz gefertigt ist, mit einem Durchmesser von 420 mm und einer Dicke von 5 mm, und da das Innere des elektromagneti­ schen Horns 4 mit dem Mikrowellenwellenleiter in einem Zustand verringerten Druckes verbunden ist, ist der an die Kammertrennvorrichtung 8 angelegte Druck verringert, und es ist möglich, eine Plasmaverarbeitung auf befriedigende Art mit dieser Größenordnung der Dicke stabil zu bewerkstelligen. Demgegenüber wird in dem Fall, wo das Innere des elektromagnetischen Horns 4 auf Atmosphärendruck gehalten wird, wie in einer Apparatur gemäß dem Stand der Technik, eine Dicke von 30 mm der Kammertrennvorrichtung für Plasma 8, was 6 mal so groß ist wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, benötigt, um in der Lage zu sein, die Plasmaverarbeitung sicher zu bewerkstelligen. Wenn ein Sicherheitsfaktor von 3 angenommen wird, wird eine 45 mm dicke Kammertrennvorrichtung benötigt. Wenn die Dicke der Kammertrennvorrichtung so bemerkenswert erhöht wird, wird der elektrische Leistungsverlust aufgrund von Absorption der Mikrowelle signifikant erhöht, und die Apparatur kann nicht mehr praktisch sein.

Was in der vorliegenden Erfindung weiterhin wichtig ist, ist, daß man nicht nur das Innere des Senders (elektromagnetisches Horn) 4 mit dem Mikrowellenwellen­ leiter in einem Zustand verringerten Druckes verbindet, sondern es in einen Zustand verringerten Druckes bringt, wo keine Mikrowellenentladung erzeugt wird, selbst wenn der Druck verringert wird.

Oben wurde der Aufbau der Apparatur in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. Nun werden 3 stellvertretende Beispiele der Plasma­ verarbeitungsapparatur in der Praxis unter Verwendung dieser Apparatur vorgestellt.

Verarbeitungsbeispiel 1

In dem ersten Verarbeitungsbeispiel wird ein Fall beschrieben, wo ein Siliziumni­ tridfilm mittels dieser Apparatur gebildet wird.

Eine Glasplatte mit einem Durchmesser von 300 mm wurde als Substrat 10 verwendet, welches auf den Substrathalter 11 gelegt wurde.

Als Reaktionsgas wurde ein Fluß von 40 cm³/min Monosilan und von ca. 400 cm³/min Stickstoffgas als ein Fluß von den Poren in der Platte 9 mit Poren durch den Reaktionsgaspuffer 7 geschickt und durch die Turbomolekularpumpe 13 evakuiert. Der Druck in der Vakuumverarbeitungskammer 6 wurde auf 0,4 Pa reguliert mit Hilfe des konduktanzregulierenden Ventils 12. Eine Mikrowellenlei­ stung von 4 kW wurde für 5 Minuten injiziert, um ein Plasma zu erzeugen, und ein 0,60 µm dicker Siliziumnitridfilm wurde an dem Substratzentrum und ein 0,55 µm dicker an dem peripheren Teil gebildet.

Verarbeitungsbeispiel 2

In dem zweiten Verarbeitungsbeispiel wird ein Fall beschrieben, in dem ein Siliziumnitridfilm mittels dieser Apparatur geätzt wird.

Das Glassubstrat 10 hat einen Durchmesser von 300 mm, auf dem der Siliziumni­ tridfilm in dem Verarbeitungsbeispiel 1, wie oben beschrieben, gebildet wurde, und ein 0,5 µm dicker Aluminium mit einem Linienabstand (line-and-space) von 3 µ wurde weiterhin darauf als eine Maske ausgebildet und als ein Substrat verwendet.

Als Reaktionsgas wurde Tetrafluorokohlenstoff einschließlich Sauerstoff bei 3% von ungefähr 90 cm³/min von Poren in der Platte 9 durchgeschickt und durch die Turbomolekularpumpe 13 evakuiert. Angenommen, daß der ECR(Elektronenzy­ klotronresonanz)-Punkt 20 Millimeter über dem Substrat 10 gebildet wurde, wurde eine Mikrowellenleistung von 2,5 Kilowatt injiziert. Als Ergebnis wurde ein fast gleichförmiges Plasma erzeugt, und ein Ätzen von Siliziumnitrid fand statt, wobei das Aluminiummuster als Maske diente. Die Ätzrate war 0,08-0,085 µm/Min. und fast gleichförmig über der ganzen Oberfläche.

Verarbeitungsbeispiel 3

Dieses dritte Verarbeitungsbeispiel zeigt ein Beispiel, in dem diese Apparatur als ein Sauerstoffverascher bzw. eine Sauerstoffzuleitung verwendet wurde.

Polyimid wurde mit einer Dicke von 1,5 µm auf einem Substrat 10 aufgetragen, 10 welches aus einer Glasplatte mit einem Durchmesser von 300 µm bestand. Ein Siliziumoxidfilm von 0,2 µm Dicke wurde weiterhin darauf gebildet. Dieser Silizi­ umoxidfilm, auf den ein Muster von Löchern mit einem Durchmesser von 2 µm als ein Maskenmuster gebildet wurde, wurde für das Substrat 10 verwendet.

Sauerstoffgas ließ man bei einer Rate von 100 cm³/min. von dem Gaseinlaß 7a durch den Gaspuffer 7 fließen. Eine elektrische Mikrowellenleistung von 2 kW wurde in den Reaktionsraum 6 injiziert, um dort ein Plasma zu erzeugen, in dem der Druck 1 Pa ist.

Als ein Ergebnis war die Ätzrate von Polyimid ungefähr 1 µm/min., was fast konstant war über die gesamte Oberfläche.

Fig. 2 ist eine Ansicht einschließlich eines Querschnitts des Hauptteiles einer Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld, welche das zweite Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Das zweite Ausführungsbeispiel wird erklärt, wobei ein Fall genommen wird, wo die vorliegende Erfindung auf eine CVD-(chemical vapour deposition = chemisches Aufdampfen)-Filmbildungsapparatur als ein Beispiel angewendet wird. Bei dieser Art von Apparaturen ist es wegen der Notwendigkeit einer Hochgeschwindigkeitsfilmbildung erforderlich, Gas bei einer hohen Flußrate fließen zu lassen. Nicht ein axiales Flußevakuierungssystem, sondern ein sogenanntes transversales Evakuierungssystem wird dafür genommen, durch welches die Evakuierungsöffnung an einer Seitenwand der Vakuumverarbeitungs­ kammer 6 angeordnet ist, um die Evakuierungskonduktanz zu erhöhen.

Die Elektronenzyklotronoberfläche 40 ist so eingestellt, daß sie zu einer Position innerhalb der Evakuierungsöffnung 38 ausgedehnt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Intensität der Magnetfelder, die durch eine Hauptspule 24 und eine Hilfsspule 25 erzeugt werden.

Weiterhin werden sowohl das Substrat 10 und der Substrathalter 11 auch in die Evakuierungsöffnung gestellt. Ein mikrowellenreflektierendes Element 32 ist in der Evakuierungsöffnung 38 angebracht und erstreckt sich von einem Endabschnitt bis hinauf zu der Höhe der Probenhalteoberfläche des Substrathalters 11 in der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle.

Fig. 3A und 3B sind Grundrisse, die Beispiele für die Form des mikrowellenre­ flektierenden Elements 32, welches in Fig. 2 verwendet wird, angeben. Insbeson­ dere zeigen Fig. 3A und 3B jeweils ein netzförmiges mikrowellenreflektierendes Element 32 und ein lochbrettförmig mikrowellenreflektierendes Element 32.

Weiterhin ist Fig. 4 ein Grundriß des Substrats 10, wie er in der durch IV-IV in Fig. 2 angegebenen Richtung betrachtet wird, und Fig. 5(a) und (b) stellen charakteristische Kurven dar, die die Beziehung zwischen der Position auf dem Substrat 10 und der Filmdickeverteilung angeben.

Das mikrowellenreflektierende Element 32 wird auf eine Verlängerung der Innen­ wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 gebracht, wie in dem Grundriß des Hauptteiles in Fig. 4 angedeutet wird, so daß man eine Form hat, die mit der der Vakuumverarbeitungskammer 6 konsistent ist, so daß die innere Form der Vakuumverarbeitungskammer 6 eine gute Symmetrie bzgl. der Mikrowelle hat. Weiterhin ist das Material dieses mikrowellenreflektierenden Elementes 32 leitfähig, für welches ein rostfreies Netz 41 mit Maschen von ungefähr 10 mm×10 mm, wie in Fig. 3A angezeigt, verwendet wurde. Eine Masche s dieses Netzes 41 ist kleiner als ein Viertel der Wellenlänge von 123 mm der verwendeten Mikrowelle (Frequenz 2,45 GHz), und sie ist ausreichend klein zur Erzielung des Effekts der vorliegenden Erfindung.

Das mikrowellenreflektierende Element 32 deckt ausreichend ungefähr die Hälfte der Evakuierungsöffnung 38 ab, einschließlich der Elektronenzyklotronresonanzebene 40, welche bei der Filmbildungs- und Probenhalteoberfläche gebildet wird, und es ist so konstruiert, daß die verbleibende Hälfte (ungefähr 100 Millimeter) der Evakuierungsöffnung nicht durch das mikrowellenreflektierende Element 32 abge­ deckt ist. Ein Endabschnitt des mikrowellenreflektierenden Elementes 32 ist an der Innenseite der Evakuierungsöffnung 38 durch Löten befestigt, so daß es auf befriedigende Art und Weise elektrisch leitfähig ist.

Im weiteren wird ein Verfahren beschrieben zur Bildung eines Siliziumnitridfilms durch das CVD (chemical vapour deposition) Verfahren auf dem Substrat 10, das aus einer Glasplatte besteht, die als die Probe dient, und zwar mittels dieser Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung.

1. Schritt

In dem ersten Schritt wurde das Innere der Vakuumverarbeitungskammer auf ein Hochvakuum von ungefähr 0,0001 Pa mittels der Rotationspumpe 35 und der Turbomolekularpumpe 13 evakuiert.

2. Schritt

In dem zweiten Schritt werden Monosilan und Stickstoff von der Gaszuführeinrich­ tung 31 in die Vakuumverarbeitungskammer 6 durch den Gasausblasabschnitt 30 jeweils mit 5 cm³/min. (bei 1 atm und 25^oC) eingeführt.

3. Schritt

In dem dritten Schritt wurde der Druck in der Vakuumverarbeitungskammer 6 bei ungefähr 0,1 Pa gehalten, während das Hauptventil 33 reguliert wurde.

4. Schritt

In dem vierten Schritt wurde ein Magnetfeld von 0,0875 Tesla gebildet zum Verarbeiten der Elektronenzyklotronresonanz bei einer ungefähr 100 mm von dem Gasausblasabschnitt 30 entfernten Position in der Ausbreitungsrichtung der Mikro­ welle. Auf diese Art ist die Elektronenzyklotronenresonanzebene 40 so ausgebildet, daß sie sich auf einen Ort innerhalb der Evakuierungsöffnung 38 erstreckt, wie in Fig. 2 angezeigt.

5. Schritt

In dem fünften Schritt wird eine Mikrowelle mit einer Frequenz 2,45 GHz und einer elektrischen Leistung von 100 Watt von der Mikrowellenzuführeinrichtung 1 in die Vakuumverarbeitungskammer 6 eingeführt, um die Entladung zu beginnen.

Als ein Ergebnis wurde ein Siliziumnitridfilm von ungefähr 600 nm Dicke auf dem 100 nm×100 nm großen Glassubstrat 10 in fünf Minuten gebildet.

Fig. 5(a) und (b) zeigen Schwankungen in der Beziehung zwischen der Position auf dem Substrat und der Filmdickeverteilung jeweils ohne und mit dem Mikrowel­ lenreflektierenden Element 32 gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5(a) und (b) stellt die auf dem Substrat durch A-A dargestellte Position die Position auf der in Fig. 4 angezeigten Ebene dar. Wie man von Fig. 5(a) und (b) deutlich sieht, wird eine Filmbildung in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gleichförmiger bewerkstelligt als in dem Vergleichsbeispiel, indem das mikrowellenreflektierende Element 32 so angeordnet ist, daß es eine Form hat, die mit der Form der Innenwand der Vakuumverarbeitungskammer 6 konsistent ist.

In diesem Fall kann, selbst wenn das mikrowellenreflektierende Element 32 die Evakuierungsöffnung 38 vollständig bedeckt, ein identischer Effekt bei der Filmbil­ dung erzielt werden. Wie zuvor beschrieben, ist in dem Fall der Mikrowellen­ entladung mit Magnetfeld und der Verwendung von Elektronenzyklotronresonanz das Wichtige die Form der Elektronenzyklotronresonanzebene 40, die Probenhalte­ oberfläche und die Innenwand der Vakuumverarbeitungskammer 6, durch welche die Mikrowelle durchtritt, bevor sie dort ankommt, und die anderen Teile haben damit fast gar nichts zu tun. Falls die Evakuierungsöffnung 38 vollständig bedeckt ist, erzeugt dies eine Abnahme in der Evakuierungskonduktanz, und daher ist dies ziemlich unerwünscht. Folglich kann in einer Apparatur mit einer Evakuierungsöff­ nung mit dieser Art von Struktur das mikrowellenreflektierende Element 32 die Elektronenzyklotronresonanzebene 40, die Probenhalteoberfläche, und die Evakuie­ rungsöffnung, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie dort ankommt, abdecken. Dennoch ist es wünschenswert, sie etwas länger zu machen mit etwas Spielraum.

Fig. 3B zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Mikrowellenplasmaverarbeitungs­ apparatur entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Dieses dritte Ausführungsbeispiel stellt einen Fall dar, wo kein Netz 21, sondern ein aus einer Kupferplatte bestehendes Lochbrett verwendet wird als das mikrowel­ lenreflektierende Element 32, welches oben beschrieben wurde, und Fig. 3B zeigt davon eine Form auf einem Grundriß. Auch ist in diesem Fall, ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel, das mikrowellenreflektierende Element 32 an die Evakuierungsöffnung 38 der Vakuumverarbeitungskammer 6 durch Löten angebracht und es ist notwendig, eine befriedigende elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen. Um die Evakuierung des Innenraums der Vakuumverarbeitungskammer 6 zu erleichtern, sind Löcher 42 mit einem Durchmesser von 20 nm in der Kupferplatte ausgebildet, die als das mikrowellenreflektierende Element 32 über der gesamten Oberfläche dient.

Obwohl die Evakuierungskonduktanz erhöht wird mit der zunehmenden Größe dieser Löcher 42, kann für die Reflektion der Mikrowelle ein Zunahmeeffekt erreicht werden durch die Abnahme deren Größe, und es ist ähnlich dem Fall des zweiten Ausführungsbeispiels notwendig, daß der Durchmesser höchstens kleiner ist, als die Wellenlänge der verwendeten Mikrowelle.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld dar mit einem Aufbau, wie in Fig. 6 angezeigt. Im Falle des vierten Ausführungsbeispiels ist, obwohl das Substrat 10 und die Substrathaltevorrichtung 11 sich in Positionen in der Evakuie­ rungsöffnung 38 befinden, unterschiedlich zum zweiten Ausführungsbeispiel, die Elektronenzyklotronresonanzebene 40 nicht innerhalb der Evakuierungsöffnung, sondern vor ihr ausgebildet, d. h. an einem Ort der Wandoberfläche der Vakuum­ verarbeitungskammer, wo keine Evakuierungsöffnung ist. Die Probenhalteoberfläche und ein Teil der Evakuierungsöffnung 38 in deren Umgebung sollten in Betracht gezogen werden. In dem Fall wurde auch, ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel, die Evakuierungsöffnung 38 von einem Endabschnitt zu einer vorbestimmten Position etwas hinter der Probenhalteoberfläche abgedeckt, wie in Fig. 6 ange­ zeigt, und zwar unter Verwendung des mikrowellenreflektierenden Elements 32. Als ein Ergebnis wurde auch in dem vierten Ausführungsbeispiel ein Effekt ähnlich dem des zweiten Ausführungsbeispiels erreicht.

Weiterhin kann, obwohl die Position der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 auch durch Variieren der Frequenz der Mikrowelle eingestellt werden kann, da die Apparatur zu kompliziert wird, sie auch bei einer allgemeinen Position durch Regulieren der Stärke der Ströme eingestellt werden, welche durch die magnetfeld­ erzeugende Hauptspule 24 und Hilfsspule 25 fließen.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der mikrowellenplasmaverarbeitenden Apparatur mit Magnetfeld dar, die einen Aufbau wie in Fig. 7 hat. In dem Falle des fünften Ausführungsbeispiels, das sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet, existiert die Evakuierungsöffnung 38 nicht bei der Position der Probenhalteoberfläche. Das heißt, die Probenhalteober­ fläche existiert hinter der Evakuierungsöffnung 38. Daher sollten die Elektronenzy­ klotronebene 40 und ein Teil der Evakuierungsöffnung 38 in ihrer Umgebung in Betracht gezogen werden sollten. Da jedoch der gesamte Teil der Evakuierungsöff­ nung 38 an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 existiert, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt, was sich von dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet, ist es auch in dem in Fig. 7 angezeigten Fall notwendig, die gesamte Evakuierungsöffnung 38 mit dem Mikrowellenreflektierenden Element 32 abzudecken. Als ein Ergebnis wurde auch in dem fünften Ausführungsbeispiel ein dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlicher Effekt erzielt. Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der mikrowellenplasmaverarbeitenden Apparatur dar mit einem Aufbau, wie in Fig. 8 und 9 angezeigt.

Im Falle des sechsten Ausführungsbeispiels, welches sich von dem zweiten Aus­ führungsbeispiel unterscheidet, existiert die Evakuierungsöffnung 38 weder bei der Position der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 noch bei der Position der Probenhalteoberfläche, d. h. sowohl die Elektronenzyklotronresonanzebene 40 und die Probenhalteoberfläche befinden sich hinter der Evakuierungsöffnung 38. Den­ noch befindet sich der gesamte Teil der Evakuierungsöffnung 38 an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt. Ähnlich dem fünften, oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, wurde der gesamte Teil der Evakuierungsöffnung 38 mit dem leitenden Material 32 abgedeckt. Als ein Ergebnis wurde auch in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Effekt ähnlich dem des zweiten Ausführungsbeispiels erhalten.

Als ein Vergleichsbeispiel dazu wird im weiteren ein Fall beschrieben, bei dem die Evakuierungsöffnung 38 weder an der Position der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 noch bei der Position der Probenhalteoberfläche existiert und zusätzlich der ganze Teil der Evakuierungsöffnung 38 nicht an der Wand der Vakuumverarbei­ tungskammer 6 existiert, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt, d. h. ein Fall, bei dem die Evakuierungsöffnung 38 auf der Seite existiert, die dem Mikrowelleneinführfenster 39 bzgl. des Substrats 10 gegenüberliegt.

Fig. 10 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Mikrowellenplasma-Verarbeitungs­ apparatur mit Magnetfeld entsprechend der vorliegenden Erfindung, welche einen Aufbau hat, der das Vergleichsbeispiel ist. Im Falle dieses Ausführungsbeispiel, welches sich vom zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet, existiert die Evakuie­ rungsöffnung 38 weder bei der Position der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 noch bei der Position der Probenhalteoberfläche. Das heißt, beide von ihnen sind vor der Evakuierungsöffnung 38 angeordnet. Weiterhin existiert nicht der gesamte Teil der Evakuierungsöffnung 38 an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt. Eine Filmbildung ähnlich der in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen wurde durch diese Apparatur durchgeführt.

Dadurch erhaltene Ergebnisse sind in Fig. 11 und 12 angezeigt. D.h., Fig. 11 ist ein Grundriß des Substrats 10, wenn man es in der durch XI-XI in Fig. 10 angezeigten Richtung betrachtet. Fig. 12(a) und (b) zeigen charakteristische Kurven, die die Beziehung zwischen der Position auf dem Substrat 10 und der Filmdicke andeuten.

Wie klar aus den in Fig. 12(a) und (b) angedeuteten Ergebnissen über die Filmdickeverteilungscharakteristiken ersichtlich, zeigen beide von ihnen zueinander näherungsweise identische Charakteristiken, und zwar unabhängig von Vorhandens­ ein oder Abwesenheit des mikrowellenreflektierenden Elementes 32, was anzeigt, daß das mikrowellenreflektierende Element 32 gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Fall des vorliegenden Vergleichsbeispiels nicht notwendigerweise benötigt wird. Daher versteht sich, daß das, was für das Verfahren des Einstellens des mikrowellenreflektierenden Elementes 32 gemäß der vorliegenden Erfindung wichtig ist, darin besteht, die Räume elektrisch abzuschirmen, wie zum Beispiel die Elektronenzyklotronresonanzebene 40, die Probenhalteoberfläche, die Evakuierungs­ öffnung 38, welche an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 existiert, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt, und nicht darin, die gesamte Vakuumverarbeitungskammer 6 zu der Mikrowellen­ resonanzstruktur zu machen.

Ähnlich ist auch für eine mit der Evakuierungsöffnung in der axialen Richtung bereitgestellten Apparatur, d. h. einer Apparatur sogenannter Flußevakuierung, die vorliegende Erfindung unnötig. In diesen Fällen kann, durch Abschirmen der Evakuierungsöffnung 38 mit dem mikrowellenreflektierenden Element 32 nur der Effekt des Verhinderns eines Austretens der Mikrowelle in den Außenraum erwar­ tet werden, und kein Effekt wird erzielt, was die durch die vorliegende Erfindung angestrebte gleichförmige Verarbeitung über eine große Fläche anbelangt. Daher ist es nur zwecks Verhinderung eines Austretens der Mikrowelle nicht notwendig, das mikrowellenreflektierende Element 32 in einer Form zu positionieren, die konsistent ist mit der Vakuumverarbeitungskammer 6, sondern es kann an einem willkürlichen Ort positioniert werden.

Dennoch ist bei diesen Vergleichsbeispielen die Größe des Substrats eingeschränkt, und zwar durch eine Einschränkung der Position, wo man die Evakuierungsöffnung 38 anbringt, und daher sind sie ungeeignet für Bearbeitung eines großflächigen Substrats, und in einer Vakuumverarbeitungskammer mit einer gleichen Größe ist es nicht möglich, die Evakuierungsöffnung so anzubringen, daß man einen großen Durchmesser hat. Um es möglich zu machen, ein großflächiges Substrat zu ver­ arbeiten, ist eine Hochgeschwindigkeitsevakuierung mit großer Kapazität unvermeid­ bar. Daher ist unvermeidbar notwendig, die Evakuierungsöffnung an eine Seiten­ wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 anzubringen. Jedoch verbleibt in diesem Fall in der in Fig. 10 angedeuteten Position kein Spielraum zum Anbringen einer großen Evakuierungsöffnung 38 in dem Teil der Wand, hinter der Substrathaltevor­ richtung 11, welche die Probenhalteoberfläche darstellt. Daher besteht das Problem eines Mangels an Evakuierungskapazität, welches unvermeidbar auftritt, und man ist gezwungen, die Größe des Apparatur zu erhöhen, was in der Praxis nicht wünschenswert ist. Folglich ist es in jedem Fall notwendig, die Evakuierungsöffnung 38 abzuschirmen.

Ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld dar, welche einen Aufbau hat, wie in Fig. 13 angezeigt. Im Falle des achten Ausführungsbeispiels existiert ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel die Evakuierungsöffnung 38 sowohl bei der Position der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 als auch bei der Position der Probenhalteoberfläche. Weiterhin ist sie ausgestattet mit einem Vorbereitungsraum 43, einem Torventil 44 und einer Fördereinrichtung 45 zum Austauschen des Substrats 10, ohne das Vakuum zu brechen. Für diese für den Substrataustausch verwendeten Räume ist es notwendig, weiterhin andere mikrowellenreflektierende Elemente 32 gemäß der vorliegenden Erfindung anzubringen. Das Verfahren, zu deren Einstellen bzw. Anbringen hinsichtlich der Positionsbeziehung zwischen einer Probenaustauschöffnung 46 und der Elektronenzyklotronresonanzebene 40 der Probenhalteebene, etc. ist identisch mit dem, das für all die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet wurde. Dennoch kann in dem Fall der Proben­ austauschöffnung 46, da eine Transmission von Gas bei der Filmbildung nicht notwendigerweise erfordert wird, eine metallische Platte, etc. verwendet werden für die andere mikrowellenreflektierenden Elemente 32′. Da jedoch ein Raum, durch welchen das Substrat 10 hindurchgeht, beim Probenaustausch immer notwendig ist, ist es wünschenswert, daß die Apparatur so konstruiert ist, daß die Probenaus­ tauschöffnung 46 nicht vollständig bedeckt ist. Das heißt, daß, wie in dem Fall des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels, es notwendig ist, eine derartige Appara­ turkonstruktion zu vermeiden, wonach die Probenaustauschöffnung 46 vollständig zwischen dem Mikrowelleneinführfenster 39 und dem Substrat 10 enthalten ist.

Falls, wie in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben, mikrowellenreflektieren­ de Elemente 32′ gemäß der vorliegenden Erfindung nur an der Elektronenzyklo­ tronresonanzebene 40, der Probenhalteoberfläche und dem Teil, durch welchen die Mikrowelle hindurchtreten muß, bevor sie bei dem Substrat ankommt, angeordnet sind, und zwar zwischen Räumen, wie z. B. der Evakuierungsöffnung 38, der Probenaustauschöffnung etc., welche an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 existieren, ist es möglich, eine Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur mit Magnetfeld zu realisieren, in welcher eine zufriedenstellende Konduktanz sicherge­ stellt ist und die Probe ausgetauscht werden kann, um das Vakuum zu brechen.

Ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Beispiel einer Apparatur dar, in welcher die Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Plasmaätzapparatur angewendet wird. Obwohl es grundsätzlich eine Apparaturkonstruktion hat, die identisch zu dem in Fig. 2 angezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist, führte die Gaszuführeinrichtung 31 CF₄ + 20% O₂ als Ätzgas zu, und zwar bei einer Flußrate von 10 sccm in der Vakuumverarbeitungskammer durch die Gasausflußöffnung 30.

Die elektrische Mikrowellenleistung war 300 Watt, und das Innere der Vakuumver­ arbeitungskammer 6 wurde zu ungefähr 0,5 Pa evakuiert. Eine durch zuvoriges Bilden eines amorphen Silizium (a-Si) Filmes von 1 µm Dicke auf einem Glassub­ strat gebildete Probe wurde als ein Ätzprobensubstrat 10 verwendet. Eine Ober­ flächenreinigungsbehandlung wurde durchgeführt, indem man dessen Oberfläche bis auf eine Tiefe von 0,5 µm für 25 Minuten ätzte. Der Oberflächenzustand des erhaltenen a-Si Films war extrem flach und die Filmdicke gleichförmig.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung können die folgenden exzellenten Effekte erreicht werden.

• 1) Ein gleichförmiges Verarbeiten durch ein Mikrowellenplasma kann über eine große Fläche durchgeführt werden, und eine Hochgeschwindigkeitsver­ arbeitung mit einem Hochdichtemikrowellenplasma wird ermöglicht in der Herstellung großflächiger Elemente;
• 2) Es gibt keine Probleme der Zerstörung oder Überhitzung der Kammer­ trennvorrichtung für Plasma, und eine große Vielzahl von Substraten kann kontinuierlich der Plasmaverarbeitung unterworfen werden;
• 3) Die Spule kann klein gemacht werden relativ zu der zu verarbeitenden Fläche als eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur, und als Ergebnis kann der elektrische Leistungsverbrauch verringert werden; und
• 4) Durch Anbringen von mikrowellenreflektierenden Elementen bei einem vorbestimmten Plasma in einer mit der Wandoberfläche der Vakuumver­ arbeitungskammer konsistenten Form kann eine zufriedenstellende Evakuie­ rungskonduktanz sichergestellt werden, und zusätzlich kann eine gleichmä­ ßige Plasmaverarbeitung über eine große Fläche bewerkstelligt werden, und zwar in einem Zustand, wo eine Symmetrie der Mikrowelle auf einem hohen Niveau aufrechterhalten wird.

Claims (23)

1. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit einer Gaszuführeinrichtung (31); einer Vakuumverarbeitungskammer (6), welche mit einer Einrichtung für deren Evakuieren im Vakuum ausgestattet ist; einer Einrichtung (2) zum Einführen einer Mikrowelle in die Vakuumverarbeitungskammer (6) und einem Strahler (4), der mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbunden ist und die Mikrowelle vergrößert, um damit eine große Fläche zu bestrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Kam­ mertrennvorrichtung (8) für Plasma bereitgestellt ist, welche aus einem Materi­ al gefertigt ist, das die Mikrowelle hindurchtreten läßt, welche einen Öffnungs­ abschnitt des Strahlers abdichtet und einen Teil einer Wand der Vakuumver­ arbeitungskammer (6) darstellt.

2. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit einer Gaszuführeinrichtung (31); einer Vakuumverarbeitungskammer (6), welche mit einer Einrichtung für deren Evakuieren im Vakuum ausgestattet ist; einer Einrichtung (2) zum Einführen einer Mikrowelle in die Vakuumverarbeitungskammer (6); und einem Strahler (4), der mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbunden ist und die Mikrowelle vergrößert, um eine große Fläche damit zu bestrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Kammertrennvorrichtung (8) für Plasma aufweist, welche einen Öffnungsabschnitt des Strahlers abdichtet und einen Teil einer Wand der Vakuumverarbeitungskammer (6) darstellt; eine Einrichtung (5, 24, 25) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welches Elektronen­ zyklotronresonanz bei einer Frequenz der Mikrowelle erzeugen kann, und zwar gerade unter der Kammertrennvorrichtung (8) für Plasma in der Vakuumver­ arbeitungskammer; eine Einrichtung (12, 13, 14, 35, 36, 37) zum Verringern des Drucks zumindest innerhalb des Strahlers (4), in welchem die Kammer­ trennvorrichtung (8) für Plasma angeordnet ist, so daß eine Bedingung, unter welcher dort keine Entladung erzeugt wird, befriedigt wird, so daß ein Druck­ unterschied verringert wird, der an die Kammertrennvorrichtung für Plasma angelegt wird, und zwar zum Einführen der Mikrowelle in die Vakuumver­ arbeitungskammer (6).

3. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung (2) bereitgestellt ist zum Verringern des Druc­ kes innerhalb des mit der Mikrowelleneinführeinrichtung verbundenen Strahlers (4) auf einen Wert unterhalb von 1×10^-4 Pascal oder zwischen 5 und 50 kPa.

4. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck innerhalb des mit der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbundenen Strahlers (4) eingestellt ist auf einen Wert zwischen 5 und 50 kPa und eine Kühleinrichtung zumindest dem Strahler (4) hinzugefügt ist, der mit der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbunden ist, um die Kammer­ trennvorrichtung für Plasma (8) durch Gaskonvektion innerhalb des Strahlers (4) zu kühlen.

5. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Rohr (21) bereitgestellt ist, das einen Teil verringerten Druckes (15, 16) der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) überträgt, mit welchem der Strahler (4) verbunden ist, und die Vakuumverarbeitungskammer (6), und ein Sicherheitsventil (17) ist in einem Mittelweg des Rohres (21) verbunden, wobei das Sicherheitsventil (17) geöffnet wird, wenn ein Druckunterschied zwischen dem Teil verringerten Druckes und der Vakuumverarbeitungskammer (6) den Widerstand gegen Druck an der Kammertrennvorrichtung für Plasma (8) übersteigt, um eine Zerstörung der Kammertrennvorrichtung für Plasma (8) zu verhindern.

6. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrowelleneinführeinrichtung (2) hermetisch abgedichtet ist, in deren Mittelweg durch Verwenden eines Materials, welches eine Mikrowelle hindurchtreten läßt, und eine Einrichtung (12, 13, 14) ist angeordnet zum Evakuieren eines Raums zwischen einem Ort, wo sie hermetisch abgedichtet ist, und der Kammertrennvorrichtung für eine Mikrowelle (8) zum Verringern des darin befindlichen Druckes.

7. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kühleinrichtung (19, 20) einem Teil hinzugefügt ist, wo die Mikrowelleneinführeinrichtung (2) in einem Mittelweg davon hermetisch abge­ dichtet ist durch Verwenden eines Materials, welches die Mikrowelle hindurch­ treten läßt, um den Teil zu kühlen, wo sie hermetisch abgedichtet ist.

8. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kühleinrichtung (19, 20) eine Umgebung des Teiles mit Wasser kühlt, wo die Mikrowelleneinführeinrichtung (2) in einem Mittelteil davon hermetisch abgedichtet ist unter Verwendung eines Materials, welches eine Mikrowelle hindurchtreten läßt, und zur gleichen Zeit ist dieses Abdicht­ material luftgekühlt, indem komprimierte Luft direkt dagegen geblasen wird, und zwar von einer Seite der Mikrowelleneinführeinrichtung (2), welche auf Atmosphärendruck gehalten wird.

9. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbundene Strahler (4) in einem elektromagnetischen hornförmigen Sender ausgebildet ist.

10. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammertrennvorrichtung (8), welche einen Öffnungsabschnitt des Strahlers (4) abdichtet, verbunden ist mit einem Ende der Mikrowellen­ einführeinrichtung (2) und einen Teil einer Wand der Vakuumverarbeitungs­ kammer (6) darstellt, aus einer Quarzplatte gefertigt ist.

11. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbindungsteil, wo ein Ventil (15) mit der Mikrowellen­ einführeinrichtung (2) verbunden ist, abgedeckt ist mit einem mikrowellenre­ flektierenden Material (32).

12. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld, welche aufweist: eine Vakuumverarbeitungskammer (6); eine Einrichtung zu deren Evakuieren im Vakuum; eine Probenhalteeinrichtung; eine Einrichtung zum Einführen von Reaktionsgas und Entladegas in sie; eine Magnetfeldbildungseinrichtung zum Erzeugen von Elektronenzyklotronresonanz; und eine elektrische Mikrowellenlei­ stungszuführeinrichtung, bei der zumindest ein Teil einer Evakuierungsöffnung (38) der Einrichtung zum Evakuieren der Kammer im Vakuum so angeordnet ist, daß er an einer Wand der Vakuumverarbeitungskammer von der Kam­ mertrennvorrichtung für Plasma (8) bis zu zumindest einer Probehalteober­ fläche der Probehalteeinrichtung angeordnet ist; und zu derselben Zeit eine Elektronenzyklotronresonanzebene gebildet wird, welche durch die Magnetfeld­ bildungseinrichtung gebildet ist, und zwar bei einer räumlichen Position von dieser Kammertrennvorrichtung (8) für Plasma zu der Probenhalteoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wandoberfläche an der Seite der Vakuum­ verarbeitungskammer aus einem mikrowellenreflektierenden Material (32) gefertigt ist, so daß eine Symmetrie der Mikrowelle behalten wird.

13. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, in welcher die Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist hinter einer verlängerten Wandoberfläche der Elektronenzyklotronresonanzebene in einer Ausbreitungs­ richtung der Mikrowelle, und eine verlängerte Wandoberfläche der Proben­ halteoberfläche ist bei einer Position innerhalb der Evakuierungsöffnung (38) angeordnet, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrowellenreflektierendes Ele­ ment (32) angeordnet ist in Übereinstimmung mit einer Form der Wandober­ fläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) in einem Gebiet, welches sich zumindest bis zu einer Position der verlängerten Wandoberfläche der Proben­ halteoberfläche auf der Evakuierungsöffnung (38) in der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle erstreckt.

14. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, in welcher die Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist an einem Ort, der zu­ mindest ein Gebiet von einer verlängerten Wandoberfläche der Elektronenzy­ klotronresonanzebene zu einer verlängerten Wandoberfläche der Probenhalte­ oberfläche enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32) angeordnet ist in Übereinstimmung mit einer Form der Wand­ oberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) in einem Gebiet, welches sich zumindest bis zu einer Position der verlängerten Wandoberfläche der Proben­ halteoberfläche auf der Evakuierungsöffnung (38) in der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle erstreckt.

15. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, in welchem zumindest ein Gebiet auf einer verlängerten Wandoberfläche der Probenhalteoberfläche hinter der Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist, und eine verlängerte Wandoberfläche der Elektronenzyklotronresonanzebene sich in einem Gebiet entweder innerhalb der Evakuierungsöffnung (38) oder in einem Gebiet vor oder hinter der Evakuierungsöffnung (38) befindet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32), welches Mikrowellen reflektiert und Gas hindurchtreten läßt, in Übereinstimmung mit einer Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) innerhalb der Evaku­ ierungsöffnung (38) angeordnet ist.

16. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, mit welcher die Evakuierungsöffnung (38) an einem Ort angeordnet ist, ein­ schließlich eines Gebietes von einer verlängerten Wandoberfläche der Elek­ tronenzyklotronresonanzebene zu einer verlängerten Wandoberfläche der Pro­ benhalteoberfläche in einer Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32) in Überein­ stimmung mit einer Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskam­ mer (6) angeordnet ist, und zwar in einem Gebiet, welches sich zumindest bis zu einer Position der verlängerten Wandoberfläche der Probenhalteoberfläche auf der Evakuierungsöffnung (38) in der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle erstreckt.

17. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie versehen ist mit einer Probenaustauschöffnung (46) in der Vakuumverarbeitungskammer (6), durch welche eine Probe ausge­ tauscht werden kann, ohne das Vakuum darin zu brechen.

18. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Evakuierungsöffnung (38) angeordnete mikrowellenreflektierende Element (32) aus einem leitenden Netz (41) besteht.

19. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Evakuierungsöffnung angeordnete mikrowellenreflektierende Element (32) aus einem leitenden Element besteht, welches eine leitende Platte ist, in welcher Löcher (42) ausgebildet sind.

20. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasausblasabschnitt (30) angeordnet ist innerhalb der Vakuumverarbeitungskammer (6), welche zu einer Hornform vergrößert ist, und zwar in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle von dem Mikrowelleneinführfenster und einer Plasmaverarbeitungskammer einschließlich zumindest der Elektronenzyklotronresonanzebene, und die Probenhalteeinrich­ tung dahinter angeordnet ist.

21. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetfeldbildungseinrichtung (24, 25) zum Erzeugen von Elektronenzyklotronresonanz an einer Außenwand der Vakuum­ verarbeitungskammer (6) angeordnet ist, welche in einer Hornform vergrößert ist.

22. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist zum Einführen von Reaktionsgas für die Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld und zumindest Rohmaterialgas zum Bilden eines Films von einem Gasausblasabschnitt (30) in der Entladegaseinführeinrichtung.

23. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist zum Einführen von Reaktionsgas für die Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld und zumindest Rohmaterialgas zum Ätzen von einem Gasaus­ blasabschnitt (30) in der Entladegaseinführeinrichtung.