DE4325041B4

DE4325041B4 - Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage

Info

Publication number: DE4325041B4
Application number: DE4325041A
Authority: DE
Inventors: Marcel Dr. Lardon; Rolf Zessack; Paul-René Dr. Muralt
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2013-07-27
Also published as: CH686254A5; DE4325041A1; US5997686A

Abstract

Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage mit einem Vakuumrezipienten (1, 10), mindestens einem. elektrischen Generator (20, 16) zur Erzeugung eines AC-Plasmas in einem Plasmaraum (PL) im Rezipienten, einer Werkstückträgerfläche zur Aufnahme mindestens eines zu behandelnden Werkstückes (3, 24) wobei der Trägerfläche gegenüberliegend, eine Oberfläche (9_o) eines elektrisch von übrigen Anlageteilen isoliert und im Wesentlichen allseitig vom Plasmaraum umgeben montierten Körpers (9, 28) zur Einstellung der Bearbeitungsratenverteilung entlang der ihr zugewandten Oberfläche (3_o) Werkstückes auf der Trägerfläche vorgesehen ist und die Oberfläche (9_o) des Körpers in die Form eines Kegels mit gerundeter Spitze konvex gebogen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage der in den Patentansprüchen genannten Art.
Plasmaunterstützte Verfahren und Anlagen, beispielsweise in der Halbleiterfertigung einzusetzen, um dünne Schichten abzulagern oder Werkstücke, insbesondere Halbleiterwafer, zu ätzen, sind bekannt. Hierzu kann beispielsweise auf S.M. Sze, VLSI Technology, McGraw-Hill, International Book Company, London, 1983, p. 120, 303, verwiesen werden.
Zum Aetzen schlecht oder nicht leitender Oberflächen ist es dabei üblich, ein durch AC-Energie erzeugtes Plasma einzusetzen, ebenso zum Beschichten leitender Substrate mit nicht leitenden Schichten bzw. von nicht leitenden Substraten. Bei solchen Plasmaverfahren ist weiter das Problem bekannt, dass durch lokale Unterschiede der Plasmadichte die Bearbeitungsratenverteilung am Werkstück unregelmässig wird. Dies sowohl beim erwähnten Plasmaätzen, reaktiv oder nicht reaktiv, wie auch beim Plasmabeschichten, insbesondere auch beim reaktiven Plasmabeschichten mit den erwähnten AC-erzeugten Plasmen. So ist es beispielsweise bekannt, dass die Beschichtung oder das Aetzen eines planen Wafers oft im Zentrum wesentlich intensiver ist als am Rand.
Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass die Plasmadichte in der Nähe von Oberflächen bezüglich derjenigen im übrigen Plasmavolumen sinkt, aufgrund von Absorption und Rekombinationserscheinungen im Oberflächenbereich, wodurch dem Plasma Ladungsträger entzogen werden. Zudem sind meistens an solchen Oberflächen prozessfremde Moleküle adsorbiert, welche durch die Plasmaentladung desorbiert und ionisiert werden. Die dabei entstehenden negativ geladenen Ionen rekombinieren mit positiven und entziehen dem Plasma wiederum positive Gasionen.
Aus diesem Grund wäre man bestrebt, die Abstandsverhältnisse zwischen einem derart plasmabearbeiteten Werkstück und Oberflächen möglichst gross auszubilden, um, im Werkstückbereich, eine Aenderung der Plasmadichte durch die erwähnten Oberflächen zu vermeiden.
Um eine möglichst hohe Plasmadichte im Plasmaentladungsraum zu erreichen, müssen aber dessen Dimensionen im Vergleich zur freien Weglänge der ionisierten Gasatome gross sein. Dabei handelt es sich um Edelgasatome bei einem nicht reaktiven Aetzprozess, zusätzlich um Reaktivgasmoleküle bei einem reaktiven Aetzprozess bzw. einem plasmaunterstützten CVD-Beschichtungsprozess. Es beträgt beispielsweise die mittlere freie Weglänge von Argonatomen ca. 6,4 cm bei 10^–3 mbar Argonpartialdruck.
Damit ist man gezwungen, die Bauhöhe eines Vakuumrezipienten, welcher das Plasmavolumen festlegt, über dem zu bearbeitenden Werkstück, unter Berücksichti gung der erwähnten freien Weglängen relativ gross auszubilden, verzichtet aber aus Gründen des gesamten bereitzustellenden Rezipientenvolumens, z.B. darauf seitlich, zwischen Werkstückträger und Rezipientenwandung, Abstände einzuhalten, die eine homogene Bearbeitung des Werkstückes erlaubten. Der seitliche Abstand zwischen Rezipientenwandung und Werkstückoberfläche bzw. Werkstückträger wird üblicherweise in der Grössenordnung der erwähnten freien Weglänge oder gar kleiner gewählt. Dadurch ergibt sich u.a. die intensivere Oberflächenbearbeitung im Zentrum der Werkstückoberfläche.
Auch andere Flächen, wie die Elektrodenflächen etc., beeinflussen die Bearbeitungsratenverteilung; generell treten Bearbeitungsraten-Inhomogenitäten aufgrund der nicht unendlich ausgedehnten beteiligten Flächen auf.
Zwar ist es bekannt, der inhomogenen Bearbeitungsratenverteilung dadurch entgegenzuwirken, dass das Gas, sei dies ein Edelgas bei einem nicht reaktiven Prozess oder ein Reaktivgas bei einem reaktiven Prozess, über dem Werkstück möglichst gleichmässig oder gar mit gewollt eingesetzter Verteilung eingedüst wird, um den erwähnten, z.B. wandbedingten Inhomogenitäten der Plasmaverteilung entgegenzuwirken.

Ein solches Vorgehen ist aber nur wirksam bei relativ grossen Drücken, also bei Drücken, bei welchen die freien Weglängen ohnehin relativ klein sind. Hierzu wird beispielsweise auf Wang, D.N.K., White et al., US 4 872 947 , verwiesen.

Im weiteren wird verwiesen auf: US 42 97 162 C mit einer dem Werkstück gegenüberliegenden Elektrode, deren dem Werkstück zugekehrte Oberfläche konvex gekrümmt ist); EP 0-284 436 A2 ; US 4,600,464 , US 4,631,105 ; US 4,451,547 , US 4,507,375 , US 4,552,824 , US 4,265,991 ; EP 0 467 046 A2 . Weiterhin wird auf die US-A 4,349,409 verwiesen, bei der zwischen dem auf einer Trägerfläche ruhenden Werkstück und einer Elektrode eine Lochplatte als Zwischenelektrode isoliert eingefügt ist, die mittels eines Antriebes parallel zu sich selbst unter Veränderung ihres Abstandes zu der genannten Elektrode bewegt wird.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Vorrichtung eingangs genannter Art zu schaffen, durch welche, unter Beibehaltung eines grossen Plasmaentladungsvolumens, die Bearbeitungsratenverteilung an der bearbeiteten Oberfläche einfach und flexibel eingestellt werden kann.

Erreicht wird dieses Ziel mit einer Anlage der im ersten Patentanspruch angegebenen Art.

Dadurch, dass gegenüber der bearbeiteten Oberfläche der beanspruchte Körper mit seiner Verteilungs-Einstelloberfläche vorgesehen wird, der im wesentlichen allseits vom Plasmaraum umgeben ist, wird dessen Grösse und damit die erzielte Plasmadichte im Plasmaraum nur unwesentlich beeinträchtigt. Ein Antrieb entsprechend dem Stand der Technik entfällt. Es wird, der bearbeiteten Oberfläche, gegenüberliegend, die Oberfläche des genannten Körpers vorgesehen, womit auch in zentralen Bereichen die gleichen Effekte, die vormals z.B. bezüglich der Rezipientenseitenwände besprochen wurden, zum Tragen kommen bzw. nun gezielt genutzt werden können, um damit über die ganze zu bearbeitende Oberfläche ein erwünschtes, meistens erwünscht homogenes Bearbeitungsratenprofil zu realisieren. Unter der Bearbeitungsrate wird hier, bei einem Aetzprozess mit Hilfe eines AC-Plasmas, die pro Zeit- und Flächeneinheit von der bearbeiteten Oberfläche abgeätzte Materialmenge ver standen, bei einem Plasma-CVD-Verfahren die pro Zeit- und Flächeneinheit auf die bearbeitete Fläche aufgetragene Materialmenge.

Durch Materialwahl und/oder Wahl der Oberflächenbeschaffenheit der erwähnten Körperoberfläche und/oder durch die Wahl ihrer Abstandsrelation bezüglich der bearbeiteten Oberfläche wird gezielt die erwähnte Verteilung eingestellt oder verstellt. Da die bearbeitete Oberfläche keinesfalls plan zu sein braucht, und zur Erzielung der erwähnten erwünschten Verteilung auch die Einstelloberfläche des genannten Körpers nicht, wird unter dem Begriff "Abstandsrelation" allgemein die gegenseitige Lage von bearbeiteter und Einstelloberfläche verstanden, betrachtet entlang beider Flächen.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemässe Verfahren bei allen plasmaunterstützten Aetz- oder Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, bei denen die Bearbeitungswirkung nicht gerichtet von einer Bearbeitungsquelle ausgeht, weil die bearbeitete Oberfläche durch die erfindungsgemäss vorgesehene Einstelloberfläche des Körpers mindestens teilweise abgedeckt wird.

Die Abstandsrelation zwischen der Oberfläche des Körpers und der zu bearbeitenden Oberfläche und damit, je nach Form der bearbeiteten Oberfläche, auch die Form der Einstelloberfläche des Körpers wird so gewählt, dass die bearbeitete Oberfläche im wesentlichen überall unter gleichem Einfluss von Oberflächen steht.

Die Plasmaerzeugung kann durch Mikrowelleneinkopplung erfolgen oder kann durch eine HF-Entladung zwischen Elektroden, üblicherweise kapazitiv genannt, erzeugt werden und wird, mindestens heute, in bevorzugter Ausführungsvariante durch eine kapazitive HF-Entladung zwischen Elektroden sowie induktive Feldeinkopplung erzeugt, letzteres vorzugsweise mittels eines Mittelfrequenzfeldes.

Beispielsweise aus B.A. Probyn, Vacuum, 18 (5), 253 (1968), "Sputtering of Insulators in an RF Discharge", sowie aus der EP-A-0 467 046 der Anmelderin sind Vorgehen bzw. Anlagen der letzterwähnten Art bekannt.

Zur Lösung der erfindungsgemäss gestellten Aufgabe, nämlich, wie erwähnt, gezielt über der Flächenausdehnung der bearbeiteten Fläche die Ladungsträgerkonzentration zu beeinflussen, gleich, wie sie bei herkömmlichen Anlagen z.B. durch die Seitenwandbereiche der Rezipienten reduziert wird, wird eine Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage vorgeschlagen, welche sich nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 auszeichnet.

Bevorzugte Ausführungsvarianten dieser Anlage sind in den Unteransprüchen spezifiziert.

Die Erfindung wird anschließend anhand von Figuren und Beispielen erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einstellfläche des Körpers;
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einstelloberfläche;
3 zum Zweck der Erläuterung rein schematisch einen Vakuumrezipienten, der einen AC-Plasmaentladungsraum festlegt, ein zu behandelnden Werkstück beliebiger Form aufnimmt und einen Körper bekannte Einstelloberfläche eines Körpers aufweist;
4 eine ebenfalls schematisch dargestellte Ausführungsvariante einer Ätz- oder Plasma-CVD-Anlage;
5 bis 8 verschiedene Ätzratenverteilungen bei nicht reaktivem Ätzen einer planen Werkstückoberfläche bzw. (8) die Abhängigkeit der Ätzratenverteilung vom Abstand zwischen geätzter Oberfläche und Einstelloberfläche des Körpers;
9a schematisch die unkorrigierte Ätzratenverteilung über einem Wafer;
9b Korrektur der Ätzratenverteilung gemäß 9a durch einen spiegelbildlich zu der zu korrigierenden Verteilung ausgebildeten Einstellkörper;
10a eine Verteilung, schematisch dargestellt, analog zu 9a;
10b die korrigierte Verteilung mittels einer Einstellkörperplatte;
11 Ätzratenverteilungen in X- und Y-Richtung an einem 190 mm Wafer in Abweichungsprozent von einem Mittelwert;
12 die unkorrigierte Ratenverteilung bei bestimmten Ätzprozessparametern;
13 beim Prozess im wesentlichen, wie er der Verteilung nach 12 zugrunde liegt, die mittels Einstellkörperplatte korrigierte Ätzratenverteilung;
14 die unkorrigierte Ätzratenverteilung bei geänderten Prozessparametern und
15 die korrigierte Ätzratenverteilung beim Prozess, der zur unkorrigierten Verteilung gemäß 14 führt.
Das Prinzip der flexiblen Einstellung der Bearbeitungsratenverteilung wird zunächst anhand der 3 und 4 erläutert:
In 3 ist ein Vakuumrezipient 1 dargestellt, worin ein Plasmaentladungsraum PL definiert ist. Die Quellen zur Anregung des Plasmas im Plasmaentladungsraum PL sind in 3 nicht dargestellt. Es kann sich um einen Mikrowellengenerator handeln, um einen Hochfrequenzgenerator, welcher ein Paar beabstandeter Elektroden speist, und/oder um eine Spulenanordnung, üblicherweise außerhalb des Vakuumrezipienten angeordnet und vorzugsweise an einen Mittelfrequenzgenerator angeschlossen, mit deren Hilfe, induktiv, das Plasma angeregt wird. Vorzugsweise wird die letzterwähnte Anregungsform mit Anregungsfrequenzen im kHz bis MHz-Bereich, vorzugsweise von 200 kHz bis 1 MHz, mit derjenigen der kapazitiven Hochfrequenzanregung mittels zweier Elektroden, angeregt üblicherweise bei 13,56 MHz, kombiniert.
Im Plasmaentladungsraum PL ist, in 3 schematisch auf einem nicht dargestellten Werkstückträger, ein zu behandelndes Werkstück 3 angeordnet, vorerst beliebiger Oberflächenform. Bei der Behandlung der dem Plasmaraum PL zugewandten Oberfläche 3_o kann es sich um reaktives oder nicht reaktives Ätzen handeln oder um ein plasmaunterstütztes chemisches Schichtabscheidungsverfahren (PECVD). Entsprechend wird durch schematisch dargestellte Gaseinlässe 5 ein Arbeitsgas eingelassen, welches bei nicht reaktivem Ätzen beispielsweise Helium oder Argon ist, bei einem reaktiven Sputter- oder Beschichtungsprozess ein im Plasma chemisch reagierendes Gas.
Der zu behandelnden Oberfläche 3_o gegenüberliegend und wie mit der elektrisch isolierenden Aufhängung 7 dargestellt, ist von übrigen Anlageteilen elektrisch isoliert, ein Körper mit einer Behandlungsraten-Einstelloberfläche 9_o vorgesehen.
Mit dem Einstellkörper 9 wird das Volumen des Plasmaentladungsraumes PL nur unwesentlich geschmälert. Der Körper 9 ist im wesentlichen allseits vom Plasmaentladungsraum PL umgeben.
Wie in 3 dargestellt, wird die Oberfläche 9_o so angeordnet, dass sich, wie mit Doppelpfeilen angedeutet, die Plasmadichtevermindernden Oberflächeneffekte z.B. der Rezipientenwand und der erwähnten Oberfläche 9_o entlang der zu bearbeitenden 3_o in gewolltem Maße auf die Bearbeitungsratenverteilung auswirken. Die Wirkung der Oberfläche 9_o wird durch Wahl ihres Materials, ihrer Oberflächenstruktur, ihrer Form und Dimensionierung, d.h. ihre Abstandsverhältnisse zur Oberfläche 3_o so eingestellt, dass entlang der Oberfläche 3_o das erwünschte Bearbeitungsratenprofil entsteht.
Die Oberfläche 9_o kann aus einem Metall, einem Halbleiter oder einem isolierenden Material bestehen, wobei der sie bildende Einstellkörper 9 entsprechend aus dem erwähnten Material gebildet oder die erwünschte Oberfläche 9_o durch Beschichten eines aus einem anderen Material bestehenden Körpers gebildet wird.
Um flexibel die Wirkung der Einstelloberfläche 9_o verändern zu können, sei dies von Bearbeitungsprozess zu Bearbeitungsprozess oder in gewissen Fällen gar während eines Bearbeitungsprozesses, kann der Einstellkörper 9, wie bei A dargestellt ist, falls erwünscht, lateral oder bezüglich seiner Abstandsverhältnisse zur Oberfläche 3_o verstellt werden, und/oder es kann seine Form, wie mit B dargestellt, gezielt eingestellt werden.
Heute wird das beschriebene Vorgehen bevorzugterweise für nicht reaktive Ätzprozesse in einem Argonionen-Plasma eingesetzt, wobei das Plasma zwischen zwei Elektroden kapazitiv mit Hochfrequenz erzeugt wird und zudem induktiv mittels einer Spulenanordnung bei ca. 300 kHz bis 500 kHz verdichtet wird.
Eine heute hierzu bevorzugterweise eingesetzte Anlage ist schematisch in 4 dargestellt, welche, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt, ebenso für reaktives Ätzen bzw. plasmaunterstütztes CVD eingesetzt werden kann. Obwohl in 4 Verstellmöglichkeiten für die Position der Einstelloberfläche 9_o vorgesehen sind, ist diese Möglichkeit bei den heute erprobten Anlagen noch nicht vorgesehen.
Bezüglich ähnlich aufgebauter Anlagen sei auf die oben erwähnte EP 0 467 046 A2 sowie auf den erwähnten Artikel "Sputtering of Insulators in an RF-Discharge" verwiesen, welche mögliche Anlagekonfigurationen zeigen.
Gemäß 4 besteht der Rezipient 10 aus zwei sich im wesentlichen. gegenüberliegenden Elektrodenteilen 12 und 14, welche über hier nicht dargestellte, dem Fachmann ohne weiteres geläufige Anpassnetzwerke, von einem Hochfrequenzgenerator 16, üblicherweise auf 13,56 MHz arbeitend, zur kapazitiven Plasmaerzeugung im Plasmaentladungsraum PL betrieben werden. Getrennt sind die beiden, Elektroden und Rezipientenwandung bildenden Teile 12 und 14 durch einen dielektrischen Mantelteil 16, welcher eine Spulenanordnung 18 vom Rezipienteninneren trennt.
Wie aus der EP 0 467 046 A2 bekannt, werden Maßnahmen getroffen, damit, je nach Arbeitsdruck im Rezipienteninneren, der dielektrische Mantelteil 16 die mechanische Druckbelastung ohne weiteres aufnehmen kann. Die Spulenanordnung 18 wird, gegebenenfalls wiederum überbekannte Anpassnetzwerke, von einem Mittelfrequenzgenerator 20 betrieben, arbeitend auf 200 kHz bis ca. 1 MHz, bevorzugterweise heute auf ca. 200 kHz bis 500 kHz.
An einer isolierenden Aufhängung 22 ist, potentialschwebend und zur Bearbeitung von planen Werkstücken 24 beispielsweise direkt auf dem Teil 14 angeordnet, eine plane Einstellplatte 9 vorgesehen, deren Material, Oberflächenbeschaffenheit, radiale Ausdehnung bzw. Abstand zur Oberfläche der Werkstücke 24 selektiv gewählt wird. In der in 4 dargestellten Ausführungsvariante kann der Abstand des plattenförmigen Einstellkörpers 9, wie mit P dargestellt, auch während des Bearbeitungsprozesses verändert werden, wozu die isolierende Aufhängung 22 beispielsweise über eine Balganordnung 26 aufgehängt ist.
In 1 ist nun beispielsweise dargestellt, wie ein erfindungsgemäßer Einstellkörper formverändert werden kann. Hierzu ist er, wie dargestellt, als Balg 28 ausgebildet. Seine Form und seine Abstandsverhältnisse zum Werkstück 24 werden durch elektrisch isolierten Eingriff, beispielsweise mittels eines Stößels 30 in der isolierenden Aufhängung 22, verändert. Damit wird eine kegelförmige Einstellkörperform mit gerundeter Konusspitze bei 9_b gemäß 2 realisiert und zusätzlich, gemäß 1 formveränderbar.
Bevorzugterweise wird insbesondere bei planen Werkstücken 24, wie bei Halbleiterwafern, welche mit ihrem Peripheriebereich relativ nahe an den seitlichen Rezipientenwandungsbereichen liegen, der kürzeste Abstand zwischen Einstellkörper und bearbeiteter Oberfläche an dessen Zentrumsbereich vorgesehen.
Bevorzugterweise wird der Minimalabstand zwischen bearbeiteter Werkstückoberfläche und Einstelloberfläche 9_o nicht kleiner gewählt als eine mittlere freie Weglänge derjenigen Arbeitsgasatome bzw. -moleküle, die bei dem während der Bearbeitung herrschenden Partialdruck die größte mittlere freie Weglänge der an der Bearbeitung beteiligten Arbeitsgaskomponenten aufweisen.
Bei einer weiteren, relativ aufwendigen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Einstellkörper im Plasmaentladungsraum des Rezipienten so montiert, dass er konzentrisch über dem zu bearbeitenden Werkstück liegt. Seine Höhe über dem Substrat kann dabei von außen eingestellt werden, weiter kann er um ± 180° um die Achse senkrecht zum Substrat von außen gedreht werden und weiter, bezüglich einer Achse in der Horizontalebene, also senkrecht zur erwähnten Drehachse, vorzugsweise von außen um ± 30° gekippt werden.
Zur Verringerung des konstruktiven Aufwandes können eine oder mehrere der erwähnten Möglichkeiten, nicht von außen bedienbar, ausgebildet werden.
Im Weiteren kann der Körper mit der Einstelloberfläche bezüglich Zentrizität bzw. Exzentrizität zur zu behandelnden Werkstückoberfläche vorzugsweise verschoben werden oder exzentrisch ausgebildet sein. Verstellung der Einstelloberfläche durch entsprechendes Verstellen des Einstellkörpers von außen erlaubt Optimierung der Behandlungswirkung am zu behandelnden Werkstück, ohne dass der Vakuumrezipient jedes Mal geflutet werden muss.
Soweit die nachfolgend angeführten Ausführungsbeispiele zwecks Veranschaulichung Bezug auf Einstellkörper in Plattenform nehmen, so liegen hier bzgl. der einzustellenden Bearbeitungsratenverteilungen sehr ähnliche Verhältnisse vor wie bei den allein erfindungsgemäßen Einstellkörpern in Kegelform gemäß Anspruch 1 mit konvexer, gerundeter Spitze.
Beispiel 1
Eine Anlage gemäß 4 wird wie folgt betrieben:
Prozess: nicht reaktiver Ätzprozess in einem Argonplasma
Druck: 2·10^–3 mbar
Hochfrequenz: 13;56 MHz, 206 W
Mittelfrequenz: 400 kHz, 40.0 W
Ätzdauer: 100 s
Werkstück: Siliziumwafer, 200 mm Durchmesser, mit 200 nm Siliziumdioxid beschichtet
Einstellkörper/Ein- stelloberfläche Quarzplatte, 150 mm Durchmesser, 144 mm über dem Siliziumwafer, im Wesentlichen zentriert.
Die Abweichungen der Ätzrate, radial über den ganzen Waferdurchmesser gemessen, dargestellt in Prozent der erwünschten, Ätzrate nach der Ätzdauer von 100 s, sind in 5 dargestellt.
Im Zentrumsbereich ist die Ätzrate um ca. 23% überhöht, während sie im Peripheriebereich ebenso stark verringert ist. Die Ätzrate ist mithin im Zentrum des Wafers bedeutend höher als am Rande, wobei aus 5 erkenntlich ist, dass die Ätzratenverteilung nicht exakt zentralsymmetrisch ist. Es ergibt sich als Folgerung: Der flächenförmige Korrekturkörper liegt zu hoch über dem Wafer, er wirkt praktisch nicht auf die Ätzratertverteilung.
Beispiel 2

Bearbeitungsprozess: Ätzprozess in Argonplasma
Druck: 2·10^–3 mbar
Hochfrequenz: 13,56 MHz, 145 W
Mittelfrequenz: 400 kHz, 400 W
Ätzdauer: 100 s
Werkstück: Siliziumwafer, 200 mm, Durchmesser, mit 200 nm Siliziumdioxid beschichtet
Einstellkörper: Quarzplatte, 200 mm Durchmesser, 80 mm über dem Wafer.

Gleich wie in 5 dargestellt, ist nun die resultierende Ätzratenverteilung während der Ätzdauer von 100 s in 6 dargestellt. Folgerung: Die Ätzratenverteilung über dem Waferdurchmesser hat sich invertiert. Die Ätzrate ist im Peripheriebereich des Wafers wesentlich höher als im Zentralbereich. Auch hier ist ersichtlich, dass noch nicht eine zentralsymmetrische Ätzratenverteilung erreicht ist, der Einstellkörper muss, auch gemäß 6, nach rechts verschoben werden.
Im Weiteren ist erkenntlich, dass der Durchmesser des Einstellkörpers zu groß ist und/oder sein Abstand zum Wafer zu gering.
Beispiel 3

Behandlungsprozess: Ätzen in Argonplasma
Druck: 6·104 mbar
Hochfrequenz: 13,56 MHz, 147 W
Mittelfrequenz: 400 kHz, 400 W
Ätzdauer: 60 s
Einstellkörper: Al-Lochplatte, 150 mm Plattendurchmesser, 80 mm

In derselben Darstellung, wie in den 5 und 6, ist in 7 das Resultat dargestellt. Folgerung: Die Ätzratenverteilung wurde von Unterschieden in der Größenordnung von ± 23% (Beispiel 1) auf ± 6% verbessert. Der Korrekturkörper hat mithin sowohl eine günstige Lage, eine günstige Oberflächenstruktur (Lochung) und eine günstige Dimension.
Es ist erkenntlich, dass, unter Beibehaltung des Abstandes wie in Beispiel 2, auch durch Veränderung der Dimension und der Oberflächenstruktur die Resultate wesentlich verbessert wurden, was wesentlich ist in Anbetracht der Tatsache, dass der Minimalabstand zwischen Einstelloberfläche und Werkstückoberfläche nach Maßgabe der freien Weglängen der beteiligten Gasatome nicht unbeschränkt reduziert werden sollte.
In 8 sind die maximalen prozentualen Ätzratenabweichungen, welche jeweils an einem Wafer gemessen wurden, in Abhängigkeit vom Abstand der Einstelloberfläche zur Waferoberfläche dargestellt. Mit * sind die Resultate von Versuchen dargestellt, welche unter den in Beispiel 3 erwähnten Bedingungen durchgeführt wurden, d.h. mit planen A1-Lochblech-Einstellkörpern von 150 mm Durchmesser, jedoch variierendem Einstelloberflächen/Bearbeitungsoberflächen-Abstand.
Mit + sind die Resultate dargestellt von Versuchen unter den Bedingungen gemäß Beispiel 2, d.h. mit Einstellkörperplatten von 200 mm Durchmesser aus Quarz mit variierendem Einstelloberflächen/Bearbeitungsoberflächen-Abstand.
Daraus ist erkenntlich, dass für Einstellkörper-Durchmesser von 150 mm die günstigste Abstandsposition für eine gute Verteilung bei ca. 80 mm liegt.
Beim Einstellkörper-Durchmesser von 200 mm wird bei ca. 35 mm Abstand zum Substrat nur dessen Rand geätzt, bei 80 mm Abstand ist immer noch die randständige Ätzrate wesentlich höher als diejenige im Zentrum (Beispiel 2). Sofern ein Optimum gefunden werden soll, muss der Einstellkörper/Werkstück-Oberflächenabstand weiter erhöht wer den, was aber aufgrund der insgesamt minimal zu haltenden Rezipientendimensionierung nachteilig sein könnte.
Wie auch anhand der Beispiele deutlich gezeigt wurde, wird erfindungsgemäß eine einfache Möglichkeit geschaffen, gezielt, sei, dies an einem reaktiven oder nicht reaktiven Ätzprozess oder sei dies an einem plasmaunterstützten CVD-Prozess, die Bearbeitungsrate an einem Werkstück bezüglich ihrer Verteilung entlang der bearbeiteten Werkstückoberfläche zu beeinflussen.
Aufgrund von Ätzversuchen mit Korrekturkörperplatten bei verschiedenen Einstellungen der Prozessparameter Hochfrequenzleistung der Plasmaentladung, Mittelfrequenzleistung, Druck können folgende Schlüsse gezogen werden:
Die Verteilung der Ätzrate, die vermutlich ein Abbild der Plasmaverteilung über dem Werkstück ist, hängt in Form und Amplitude von den Prozesseinstellparametern ab. Sie ist jedoch, im Gegensatz zur mittleren Ätzrate oder dem self bias des Werkstückes, keine stetige Funktion dieser Prozessparameter.
Die Form und Amplitude der Ätzratenverteilung als spezielles Beispiel der erfindungsgemäß angesprochenen Bearbeitungsratenverteilung können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Einstellkörpers beeinflusst werden. Wesentlich ist dabei die folgende Erkenntnis: Die Bearbeitungsratenverteilung ist dann optimal, wenn der Einstellkörper spiegelbildlich die ähnliche Form hat wie die zu korrigierende Bearbeitungsratenverteilung am Werkstück.
In 9a ist, beispielsweise über einem Wafer als Werkstück, die Ätzratenverteilung v eingetragen. Sie entspricht einer schiefen Domfläche. wird bei dieser Sachlage ein entsprechend schief domförmiger Korrekturkörper 9 vorgesehen, so ergibt sich im wesentlichen eine ebene Ätzratenverteilung v.
Optimale Resultate werden mit einer Einstellkörperkalotte einer hohlen Quarzkugel erreicht, welche auch schief montiert werden kann und damit die meisten Bedürfnisse abdeckt.
Eine horizontal montierte Platte kann als zwar weniger gute, aber doch brauchbare Näherung eingesetzt werden. Wie vorerwähnt wurde, kann sie sowohl in ihrer Höhe als auch in ihrer räumlichen Ausrichtung bezüglich des Bearbeitungszentrums am Werkstück verstellbar eingebaut werden. Größe und Form der Platte können ebenfalls den Bedürfnissen angepasst werden. Aus der Verteilung in Form eines schiefen Domes gemäß 9a wird beim Einsatz einer Platte, wie in 10a und 10b dargestellt, eine kraterförmige Verteilung mit geringerer Amplitude.
Im Weiteren wurde experimentell untersucht, wie die Höhe einer Korrekturplatte aus Quarz (150 mm ⌀) die Form der Verteilungskurve entlang der X- und Y-Achse eines Wafers bei dessen Ätzen beeinflusst.
Gemäß 5 ist die unkorrigierte Ätzratenverteilung parabelähnlich, mit den tiefsten Ätzraten am Rande des Wafers und dazwischenliegendem Maximum. Beim Ätzprozess gemäß Beispiel 2 und wenigstens nahezu optimal bezüglich Höhe über dem Wafer eingestellter Einstellplatte ergibt sich die in 11 dargestellte prozentuale Abweichung der Ratenverteilung entlang beiden Waferachsen X und Y. Dieser Figur kann man entnehmen, dass zwar die Ratenverteilung entlang der X-Achse im wesentlichen horizontal verläuft, jedoch entlang der Y-Achse von links oben nach rechts unten, also schief. Es ergibt sich eine prozentuale Ratenverteilungsabweichung von ± 8,2%.
Gelingt es, auch die erwähnte schiefe Verteilung in der Y-Achse so zu korrigieren, dass auch diese Kurve horizontal verläuft, ist eine namhafte Verbesserung der Ätzratenverteilung zu erwarten.
Hierzu wurden die Form und die horizontale Position der Einstellkörperplatte angepasst:
a) Anpassung der Form der Einstellplatte:
Prozessbedingungen:

Druck: 0,087 Pa
Hochfrequenz: 13,56 MHz, 142 W
Mittelfrequenz; 400 kHz, 540 W
(bias: –102 V; –107 V)

Die 150 mm ⌀ Quarzscheibe wurde 70 mm über dem Wafer positioniert und ergab eine Verteilung der Ätzrate von + 17,1% gemäß 12.
Nun wurde die Einstellkörper-Quarzscheibe auf der rechten Seite um ein Segment von 10 mm Breite verkleinert. Das Resultat bezüglich Ätzratenverteilung ist. in 13 dargestellt, die verbesserte Verteilung hat eine Abweichung von + 8,5%.
b) Anpassung von Form und Lage der Einstellplatte:
Prozessbedingungen:

Druck: 0,087 Pa
Hochfrequenz: 13,56 MHz, 78 W
Mittelfrequenz: 400 kHz, 300 W
(bias: –124 V; –121 V)

Die erwähnte Quarzscheibe von 150 mm ⌀ in 70 mm Höhe montiert ergibt eine. Verteilung von + 13,9 gemäß 14.
Die glecher Scheibe auf gleicher Höhe, aber auf der linken Seite um ein Segment von 10 mm verkleinert und insgesamt um 6 mm in Richtung der negativen Y-Achse verschoben, ergibt, gemäß 15, eine verbesserte Verteilung von ± 5,9%.
Zusammenfassend kann ausgeführt werden, dass Ätzratenverteilung oder, allgemeiner, Bearbeitungsratenverteilungen besser als + 10% unter verschiedenen Prozessbedingungen erzielt werden können.
Die nachfolgende Tabelle zeigt unterschiedliche Prözessbedingungen und die erzielten Verteilungsabweichungen an einem 190 mm Wafer mittels der erwähnten 130 mm ⌀ Einstellkörperplatte. Die Höhe über dem Wafer war, mit Ausnahme von Versuch d), 70 mm, bei Versuch d) hingegen 80 mm. Es wurde durch Segmentierung die Form und die Lage der Platte entsprechend den zu korrigierenden Verteilungen unterschiedlich gewählt.

Claims

Aetz- oder Plasma-CVD-Anlage mit einem Vakuumrezipienten (1, 10), mindestens einem. elektrischen Generator (20, 16) zur Erzeugung eines AC-Plasmas in einem Plasmaraum (PL) im Rezipienten, einer Werkstückträgerfläche zur Aufnahme mindestens eines zu behandelnden Werkstückes (3, 24) wobei der Trägerfläche gegenüberliegend, eine Oberfläche (9_o ) eines elektrisch von übrigen Anlageteilen isoliert und im Wesentlichen allseitig vom Plasmaraum umgeben montierten Körpers (9, 28) zur Einstellung der Bearbeitungsratenverteilung entlang der ihr zugewandten Oberfläche (3_o ) Werkstückes auf der Trägerfläche vorgesehen ist und die Oberfläche (9_o ) des Körpers in die Form eines Kegels mit gerundeter Spitze konvex gebogen ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plasmaerzeugung ein Mikrowellengeneratoran den Vakuumrezipienten gekoppelt ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plasmaerzeugung eine Doppelelektrodenanordnung (12, 14) am oder im Rezipienten vorgesehen ist, woran ein Hochfrequenzgenerator (16) angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage als Triodenanlage ausgelegt ist und im wesentlichen koaxial zur Doppelelektrodenanordnung (12, 14), eine Spulenanordnung (18), vorgesehen ist, woran ein AC-, vorzugsweise ein Mittelfrequenzgenerator (20) angeschlossen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9_o ) des Körpers bezüglich ihrer Abstandsrelation und/oder ihrer Lage gegenüber der Trägerfläche verstellbar ausgebildet ist und/oder bezüglich ihrer Form.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9_o ) des Körpers aus elektrisch isolierendem oder aus einem elektrisch leitenden Material besteht und durch die Oberfläche eines Vollkörpers oder durch die Beschichtung eines Körpers gebildet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9_o ) es Körpers strukturiert ist und vorzugsweise aus einer Lochplatte besteht.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Oberfläche (9_o ) des Körpers über dem Zentrumsbereich der behandelten Oberfläche (3_o ) eines Werkstückes von der gleichen Größenordnung ist wie der Abstand des Werkstückes auf der Trägeroberfläche zur Wand des Rezipienten.