DE4133030C2 - Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur - Google Patents

Description

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

Der prinzipielle Aufbau einer solchen Apparatur ist aus Elektronik-Produktion und Prüftechnik (EPP), Februar 1990, Seiten 77-79, bekannt. In dem Artikel wird eine Elektron-Zyklotron-Resonanz-Plasmaquelle beschrieben, bei der mittels eines Hornstrahlers Mikrowellen-Leistung in den Plasmaraum eingekoppelt wird.

Als weitere Apparatur dieser Art von Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparaturen gemäß dem Stand der Technik ist z. B. diejenige bekannt, welche in JP-A-62-122227 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 Elektronenzyklotronresonanz 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 Hochleistungsmikrowelle hinein zu injizieren. 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.

Bei der aus dem oben genannten Zeitschriftenartikel bekannten Plasmaverarbeitungsapparatur ist ein an einem Endabschnitt des Mikrowellen-Wellenleiters angeordnetes mikrowellenemitierendes Fenster konstruiert als ein Teil der Wand der Vakuumverarbeitungs­ kammer und so eingestellt, 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 beliebig 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 ein anderes Plasmaverarbeitungsverfahren bekannt, welches eine Lisitano-Spule, wie in JP-A-62-254419 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.

Bei aus dem o. g. Zeitschriftenartikel bekannten Mikrowellenplasma- Verarbeitungsapparatur wird die Mikrowelle, welche eine Frequenz hat, die in der Lage ist, die Elektronenzyklotronresonanz durch Wechselwirkung mit dem Magnet­ feld zu erzeugen, von einem Magnetron in die Vakuumverarbeitungskammer durch eine Mikrowelleneinführeinrichtung, wie z. B. einen rechteckigen Mikrowellen­ wellenleiter etc., eingeführt. Bei dieser Art von Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur wurde jedoch 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 Plasmaverarbeitung für großflächige Substrate.

Eine Ursache dieser Nichtgleichförmigkeit der Substratverarbeitung wird dem Austritt von Mikrowellen in die Evakuierungsöffnung zugeschrieben, und es ist daher bekannt (vergleiche z. B. JP-A-63-7374 und JP-A-63-7375), die Evakuierungsöffnung mit einem leitenden Netz zu bedecken, welches Gas hindurchtreten läßt, aber Mikrowellen reflektiert. Hierbei handelt es sich nicht um eine Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur, in der eine Elektronenzyklo­ tronresonanz stattfindet (sog. Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur ohne Ma­ gnetfeld). Das heißt, um eine stabile Filmbildung durchzuführen, hat die ganze Vakuumverarbeitungskammer eine koaxiale Mikrowellenresonanzstruktur, ohne einen Gasfluß zu verhindern durch vollständiges Abdecken der Evakuierungsöffnung mit einem Netz etc.

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, obwohl 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellenplasma- Verarbeitungsapparatur der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bereitzustellen, welche in der Lage ist, stabil eine gleichförmige Mikrowellenplasma-Verarbeitung über eine große Fläche zu bewirken.

Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Apparatur gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen 2 bis 22.

Bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur ist die Kammertrennvorrichtung der Mikrowelle hoher elektrischer Leistung und dem Plasma ausgesetzt, und daher wird sie leicht der Erwärmung und einem Oberflächenschaden ausgesetzt. Wenn der Druck auf der Seite des Strahlers atmosphärisch ist wie bei dem Stand der Technik, wird eine starke Kraft auf die Kammertrenn­ vorrichtung ausgeübt, und die Kammertrennvorrichtung wird leicht zerstört. Daher wird bei der Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung der Druck auf der Seite des Strahlers gesenkt bis zu einem Zustand, wo keine Entladung stattfindet, indem man eine Druckverringe­ rungseinrichtung verwendet. Auf diese Art wird die auf die Kammertrennvorrichtung wirkende Kraft verringert, indem man den Druckunterschied zwischen der Vakuumverarbeitungskammer und der Seite des Strahlers verringert, um die Beschädigung der Kammertrennvorrichtung zu vermeiden. Sofern der Druck auf der Seite des Strahlers zwischen 10^-3 Pa und 1 kPa ist, findet eine Mikrowellenentladung in dem Strahler statt, und der Verlust an elektrischer Mikrowellenleistung ist groß. Daher muß dieses Gebiet vermieden werden. Es ist auch möglich, den unteren Druckbereich unterhalb von 10^-4 Pa zu wählen. 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 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 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 Gegensatz dazu, wenn die Kammertrennvorrichtung gekühlt wird, tritt ein derartiges Problem aufgrund des Übererhitzens der Kammertrennvorrichtung für Plasma nicht auf.

Eine Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur, 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. 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.

Es wurde experimentell gefunden, daß in dem Fall der Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur 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 für eine 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 Mikro­ welleneinführungsabschnitt 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 Mikrowelle durch die Elektronenzyklotronresonanzebene transmittiert wird und die Probe erreicht. Mit Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparaturen, bei denen die Evakuierungsöffnung entsprechend den Ansprüchen 11 bis 15 mit einem mikrowellenreflektierenden Element bedeckt ist, wird die erforderliche Symmetrie der Mikrowellen erreicht und damit die großflächige Verarbeitung verbessert.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

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 Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur 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;

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 drittes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung zeigt;

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

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

Fig. 10 ist ein Schema, welches ein sechstes 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 siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 1 zeigt einen schematischen longitudinalen Querschnitt des Hauptteiles des ersten Ausführungsbeispiels der Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur 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. 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 der 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 von 3 µm 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, 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 Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur mit Magnetfeld, welche das zweite Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Das zweite Ausführungsbeispiel wird für eine CVD-(chemical vapour deposition = chemisches Aufdampfen)-Filmbildungsapparatur erklärt. 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 Elektronenzyklotronresonanzebene 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 beschriebenen Apparatur.

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 bar und 25°C) 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 beschriebenen, Mikrowellen reflektierenden Element 32. 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 eine andere Ausführungsform der mikrowellenreflektierenden Elemente 32.

Hier ist ein Fall dargestellt, 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 dieses mikrowellenreflektierende Element 32 ist 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 drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der Mikrowellenplasma-Verarbeitungsapparatur mit Magnetfeld dar mit einem Aufbau, wie in Fig. 6 angezeigt. Im Falle des dritten 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 dritten 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, was jedoch die Apparatur kompliziert macht, 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 viertes 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 vierten 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 vierten Ausführungsbeispiel ein dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlicher Effekt erzielt. Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der mikrowellenplasmaverarbeitenden Apparatur dar mit einem Aufbau, wie in Fig. 8 und 9 angezeigt.

Im Falle des fünften 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. Gemäß Fig. 8 befinden sich sowohl die Elektronenzyklotronresonanzebene 40 und die Probenhalteoberfläche hinter der Evakuierungsöffnung 38, d. h. der gesamte Teil der Evakuierungsöffnung 38 befindet sich an der Wand der Vakuumverarbeitungskammer 6, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt. Ähnlich dem vierten, 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.

Gemäß Fig. 9 befindet sich der ganze Teil der Evakuierungsöffnung 38 nicht an der Wand der Vakuumverarbei­ tungskammer 6, durch welche die Mikrowelle hindurchtritt, bevor sie bei dem Substrat 10 ankommt, sondern die Evakuierungsöffnung 38 befindet sich auf der Seite, die dem Mikrowelleneinführfenster 39 bzgl. des Substrats 10 gegenüberliegt.

Fig. 10 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Mikrowellenplasma-Verarbeitungs­ apparatur mit Magnetfeld entsprechend der vorliegenden Erfindung. 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 in dem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht notwendigerweise benötigt wird. Daher versteht sich, daß es für die Anordnung des mikrowellenreflektierenden Elementes 32 wichtig ist, 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. Es ist also nicht erforderlich, die gesamte Vakuumverarbeitungskammer 6 zu der Mikrowellen­ resonanzstruktur zu machen.

Daher ist auch für eine mit der Evakuierungsöffnung in der axialen Richtung bereitgestellten Apparatur, d. h. einer Apparatur sogenannter Flußevakuierung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, die anhand der Fig. 3 bis 10 beschriebene Anordnung des mikrowellenreflektierenden Elements nicht erforderlich. 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.

Bei diesen Vergleichsbeispielen ohne mikrowellenreflektierendes Element ist die Größe des Substrats eingeschränkt, und zwar durch eine Einschränkung der Position, wo man die Evakuierungsöffnung 38 anbringt, und daher sind sie weniger geeignet 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 sollte die Evakuierungsöffnung an einer Seiten­ wand der Vakuumverarbeitungskammer 6 angebracht werden. 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 günstiger, die Evakuierungsöffnung 38 abzuschirmen.

Ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Fall der Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur mit Magnetfeld dar, welche einen Aufbau hat, wie in Fig. 13 angezeigt. Im Falle des siebten 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′ 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 das andere mikrowellenreflektierende Element 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 vierten und fünften 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, mikrowellenreflektierende Elemente 32 und 32′ 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.

Nachfolgend wird ein Beispiel für die Anwendung der Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Fig. 2 als Plasmaätzapparatur beschrieben. Hier 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.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen 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 Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur, 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 (22)

1. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur mit einer Vakuumverarbeitungskammer (6), welche mit einer Gaszuführeinrichtung (31) und mit einer Einrichtung für deren Evakuieren ausgestattet ist;
mit einer Einrichtung (2) zum Einführen einer Mikrowelle in die Vakuumver­ arbeitungskammer (6);
mit einem Strahler (4), der mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbunden ist und die Mikrowelle vergrößert, um eine große Fläche damit zu bestrahlen;
mit Kammertrennvorrichtung (8), welche einen Öffnungsabschnitt des Strahlers abdichtet und einen Teil einer Wand der Vakuumver­ arbeitungskammer (6) darstellt; und
mit einer Einrichtung (5, 24, 25) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welches Elektronenzyklotronresonanz bei einer Frequenz der Mikrowelle im Plasma unter der Kammer­ trennvorrichtung (8) in der Vakuumverarbeitungskammer erzeugt;
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (12, 13, 14, 35, 36, 37) zum Verringern des Drucks zumindest innerhalb des Teils des Strahlers (4) vorgesehen ist, welcher mit der Kammertrennvorrichtung (8) abgeschlossen ist, derart, daß der Druckunterschied zwischen beiden Seiten der Kammer­ trennvorrichtung verringert wird, jedoch in dem Strahler keine Entladung erzeugt wird.

2. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Teils des Strahlers (4), welcher mit der Kammertrennvorrichtung (8) abgeschlossen ist, auf einen Wert unterhalb von 1×10^-4 Pascal oder zwischen 5 und 50 kPa verringert ist.

3. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Teils des Strahlers (4), welcher mit der Kammertrennvorrichtung (8) abgeschlossen ist, 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 (8) durch Gaskonvektion innerhalb des Strahlers (4) zu kühlen.

4. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (21) bereitgestellt ist, das einen Teil verringerten Druckes der Mikrowelleneinführeinrichtung (2), mit welchem der Strahler (4) verbunden ist, und die Vakuumverarbei­ tungskammer (6) verbindet, und daß ein Sicherheitsventil (17) in einem Mittelweg des Rohres (21) vorgesehen ist, derart, daß das Sicherheitsventil (17) geöffnet wird, wenn der an der Kammertrenn­ vorrichtung (8) anliegende Druckunterschied zwischen dem Teil verringerten Druckes und der Vakuumverarbeitungskammer (6) einen eine Zerstörung der Kammertrennvorrichtung bewirkenden Wert übersteigt.

5. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowelleneinführeinrichtung (2) in deren Mittelweg durch Verwenden eines Materials hermetisch abgedichtet ist, welches eine Mikrowelle hindurchtreten läßt, und daß eine Einrichtung (15, 16) zum Evakuieren des Raums zwischen einem Ort, wo sie hermetisch abgedichtet ist, und der Kammertrennvorrichtung (8) vorgesehen ist.

6. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (19, 20) an dem Teil der Mikrowelleneinführeinrichtung (2), wo sie hermetisch abgedichtet ist, vorgesehen ist.

7. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (19, 20) eine Umgebung des Teiles der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) mit Wasser kühlt, wo die Mikrowelleneinführeinrichtung (2) herrmetisch abgedichtet ist, und zur gleichen Zeit das die Mikrowelleneinführungseinrichtung (2) hermetisch abdichtende Material (3) mit Luft kühlt, indem kom­ primierte Luft direkt dagegen geblasen wird, und zwar von einer Seite der Mikrowelleneinführeinrichtung (2), welche auf Atmosphä­ rendruck gehalten wird.

8. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Ende der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbundene Strahler (4) als elektromagnetischer hornförmiger Sender ausgebildet ist.

9. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammertrennvorrichtung (8) aus einer Quarzplatte gefertigt ist.

10. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsteil, der die Einrichtung (16) zum Evakuieren der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) über ein Ventil (15) mit der Mikrowelleneinführeinrichtung (2) verbindet, abgedeckt ist mit einem mikrowellenreflektierenden Material.

11. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur eine Probenhalteeinrichtung (11) aufweist, daß zumindest ein Teil einer Evakuierungsöffnung (38) einer Einrichtung zum Evakuieren der Vakuumverarbeitungskammer (6) so angeordnet ist, daß er an einer Wand der Vakuumverarbei­ tungskammer von der Kammertrennvorrichtung (8) bis zumindest einer Probenhalteoberfläche der Probenhalteeinrichtung (11) angeordnet ist; daß eine Elektronenzyklotronresonanzebene (40) bei einer räumlichen Position zwischen der Kammertrennvorrichtung (8) und der Probenhalteoberfläche gebildet ist, und daß eine Wandoberfläche an der Seite der Vakuumverarbeitungskammer aus einem mikrowellen­ reflektierenden Material (32) gefertigt ist, so daß eine Symmetrie der Mikrowelle behalten wird.

12. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierungsöffnung (38) in Ausbreitungs­ richtung der Mikrowelle hinter der Elektronenzyklotronresonanzebene (40) angeordnet ist, daß die Probenhalteoberfläche bei einer Position innerhalb der Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32) auf der Evakuierungsöffnung (38) in einem Gebiet angeordnet ist, welches sich in der Ausbrei­ tungsrichtung der Mikrowelle zumindest bis zu einer Position der Probenhalteoberfläche erstreckt, und daß die Form des mikrowellen­ reflektierenden Elements (38) in diesem Gebiet mit der der Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) überein­ stimmt (Fig. 2).

13. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist an einem Ort, der zumindest ein Gebiet von der Elektronenzyklotron­ resonanzebene zu der Probenhalteoberfläche enthält, daß ein mikrowel­ lenreflektierendes Element (32) auf der Evakuierungsöffnung (38) in einem Gebiet angeordnet ist, welches sich in der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle zumindest bis zu einer Position der Probenhalte­ oberfläche erstreckt, und daß die Form des mikrowellenreflektierenden Elements (38) in diesem Gebiet mit der Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) übereinstimmt (Fig. 6).

14. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhalteoberfläche in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle hinter der Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist, daß die Elektronenzyklotronresonanzebene sich in einem Gebiet entweder innerhalb der Evakuierungsöffnung (38) oder in einem Gebiet vor oder hinter der Evakuierungsöffnung (38) befindet, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32), welches Mikrowellen reflektiert, Gas hindurchtreten läßt, und dessen Form mit der Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) überein­ stimmt, innerhalb der Evakuierungsöffnung (38) angeordnet ist (Fig. 7, 8, 9).

15. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierungsöffnung (38) an einem Ort angeordnet ist, einschließlich eines Gebietes von der Elektronenzyklo­ tronresonanzebene (40) bis zu der Probenhalteoberfläche, daß ein mikrowellenreflektierendes Element (32) auf der Evakuierungsöffnung (38) in einem Gebiet angeordnet ist, welches sich in der Ausbrei­ tungsrichtung der Mikrowelle zumindest bis zu einer Position der Probenhalteoberfläche erstreckt, und daß die Form des mikrowellen­ reflektierenden Elements (32) mit der Form der Wandoberfläche der Vakuumverarbeitungskammer (6) in diesem Gebiet übereinstimmt (Fig. 13).

16. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie versehen ist mit einer Probenaustauschöffnung (46) in der Vakuumverarbeitungskammer (6), durch welche eine Probe ausgetauscht werden kann, ohne das Vakuum darin zu brechen.

17. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Evakuierungsöffnung (38) angeordnete mikrowellenreflektierende Element (32) aus einem leitenden Netz (41) besteht.

18. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Evakuierungsöffnung angeordnete mikrowellenreflektierende Element (32) aus einer leitenden Platte besteht, in welcher Löcher (42) ausgebildet sind.

19. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasausblasabschnitt (30) innerhalb der Vakuumverarbeitungskammer (6) in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle hinter der Kammertrennvorrichtung (8) und vor der Elektronen­ zyklotronresonanzebene und der Probenhalteeinrichtung (11) angeordnet ist.

20. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24, 25) zum Erzeugen eines Magnetfeldes zum Erzeugen von Elektronenzyklotronresonanz an einer Außenwand der Vakuumverarbeitungskammer (6) angeordnet ist, welche in einer Hornform vergrößert ist.

21. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist zum Einführen von Reaktionsgas in den Gasausblasabschnitt (30) zum Bilden eines Films auf einer Probe.

22. Mikrowellenplasmaverarbeitungsapparatur nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist zum Einführen von Reaktionsgas in den Gasausblasabschnitt (30) zum Ätzen einer Probe.