DE60221975T2 - Mikrowellenplasmaprozesseinrichtung, plasmazündverfahren, plasmabildeverfahren und plasmaprozessverfahren - Google Patents

Mikrowellenplasmaprozesseinrichtung, plasmazündverfahren, plasmabildeverfahren und plasmaprozessverfahren Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Plasma-Verarbeitungsvorrichtung und im speziellen eine Plasma-Verarbeitungsvorrichtung, welche die Plasmaverarbeitung mit Plasma ausführt, das durch eine Mikrowelle angeregt wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren und gegenwärtig zieht unter den Plasma-Verarbeitungsvorrichtungen die Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung besondere Aufmerksamkeit auf sich. Im Vergleich zu anderen Plasma-Verarbeitungsvorrichtungen, wie etwa einer Parallelplatten-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung oder einer EZR-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung, ist bei der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung das Plasmapotential vergleichsweise niedrig, wodurch es möglich wird, Plasma mit niedriger Elektronentemperatur und niedriger Innenenergie zu erzeugen.
  • Mit der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung ist es daher möglich, Metallkontamination und Ionenstrahlenschäden an einem der Plasmaverarbeitung unterzogenen Substrat zu vermeiden. Da außerdem ein Plasma-Anregungsraum von dem Plasma-Verarbeitungsraum getrennt werden kann, ist es möglich, die Plasmaverarbeitung unabhängig von den Materialien des Substrats und den auf dem Substrat ausgebildeten Strukturen durchzuführen.
  • Bei der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung wird zuerst ein Gas zum Anregen von Plasma (nachstehend: „Plasma-Anregungsgas") in eine Kammer eingeführt, und dann wird die Mikrowelle in das Plasma-Anregungsgas eingeführt, um die Erzeugung von Plasma zu starten (Zünden des Plasmas). Aufgrund der hohen Frequenz der Mikrowelle ändert sich das elektrische Feld der Mikrowelle, bevor die Elektronen des Plasma-Anregungsgases hinreichend beschleunigt worden sind, was das Zünden des Plasmas schwierig macht. Außerdem ist neuerdings bei der Plasmaverarbeitung manchmal ein Druck des Plasma-Anregungsgases von bis hinunter zu beispielsweise 67 Pa (ca. 0,5 Torr) erforderlich. Wegen des niedrigen Drucks ist die Dichte des Plasma-Anregungsgases gering, was das Zünden des Plasmas weiter erschwert.
  • Bei der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung, die sich von der Parallelplatten-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung unterscheidet, wird die Mikrowelle von einer Mikrowellenantenne emittiert und an das zu verarbeitende Substrat wird kein elektrisches Feld angelegt, weswegen keine Emission freier Elektroden und keine anderen Phänomene auftreten, welche zur Zündung des Plasmas führen können, was das Zünden des Plasmas weiter erschwert.
  • Bei der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung nach Stand der Technik wird in der Regel zum Zeitpunkt der Zündung des Plasmas im Innern der Verarbeitungskammer ein hoher Druck von beispielsweise 133 Pa (ca. 1 Torr) eingestellt, so daß die Zündung des Plasmas einfach induziert werden kann; nach der Zündung wird der Druck auf beispielsweise 7 Pa (ca. 50 mTorr) abgesenkt. Bei dieser Art der Plasmazündung muß jedoch ein zusätzlicher Regelvorgang durchlaufen werden, der von keiner Relevanz für die Plasmaverarbeitung des Objekts ist, um den Druck innerhalb der Verarbeitungskammer für die Zündung des Plasmas zu erhöhen und nach der Zündung des Plasmas wieder abzusenken; dies verlängert die Vorbereitungszeit bis zum Beginn der Plasmaverarbeitung und verringert somit den Durchsatz.
  • Die JP 06 342768 A und die JP 63 158 798 A offenbaren eine Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend als allgemeine Aufgabe zugrunde, eine neuartige und nützliche Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung, ein Verfahren zum Zünden von Plasma, ein Verfahren zum Bilden von Plasma und ein Plasma-Verarbeitungsverfahren zu schaffen, die ein oder mehrere Probleme des Standes der Technik lösen können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt spezieller als Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung, ein Verfahren zum Zünden von Plasma, ein Verfahren zum Bilden von Plasma und ein Plasma-Verarbeitungsverfahren zu schaffen, die bei einem für die Plasmaverarbeitung geeigneten Druck eine schnelle und einfache Zündung des Plasmas zulassen.
  • Diese Aufgabe wird von der Vorrichtung nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung geschaffen, die durch eine Mikrowelle Plasma erzeugt und die Plasmaverarbeitung ausführt und eine Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas umfaßt, die dazu konfiguriert ist, das Zünden des Plasmas durch die Mikrowelle zu erleichtern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Induzieren der Zündung eines Plasmas durch eine Mikrowelle geschaffen, das die folgenden Schritte umfaßt: Evakuieren einer Verarbeitungskammer auf ein vorbestimmtes Vakuum, Zuführen eines Plasma-Anregungsgases in die Verarbeitungskammer, Emittieren von mindestens einer der Strahlungsarten Vakuum-UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl und/oder Licht von einer Excimer-Lampe in das Plasma-Anregungsgas innerhalb der Verarbeitungskammer und Einführen der Mikrowelle in das Plasma-Anregungsgas in der Verarbeitungskammer, um die Zündung des Plasmas zu induzieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bilden von Plasma durch Einstrahlen einer Mikrowelle von einer Mikrowellenantenne geschaffen, das die folgenden Schritte umfaßt: Evakuieren einer Verarbeitungskammer auf ein vorbestimmtes Vakuum, Zuführen eines Plasma-Anregungsgases in die Verarbeitungskammer, Emittieren von Vakuum-UV-Strahlung in das Plasma-Anregungsgas innerhalb der Verarbeitungskammer durch ein Transmissionsfenster, welches an der Verarbeitungskammer montiert ist, Fokussieren der Vakuum-UV-Strahlung mit Hilfe des Transmissionsfensters auf eine vorbestimmte Position, Ionisieren zumindest eines Teils des Plasma-Anregungsgases und Einstrahlen der Mikrowelle in die Verarbeitungskammer, um die Zündung des Plasmas zu induzieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Plasma-Verarbeitungsverfahren zum Verarbeiten eines Substrats mit Hilfe eines durch Einstrahlen einer Mikrowelle von einer Mikrowellenantenne gebildeten Plasmas geschaffen, das folgende Schritte umfaßt: Evakuieren einer Verarbeitungskammer auf ein vorbestimmtes Vakuum, Zuführen eines Plasma-Anregungsgases in die Verarbeitungskammer, Emittieren von Vakuum-UV-Strahlung in das Plasma-Anregungsgas innerhalb der Verarbeitungskammer durch ein Transmissionsfenster, welches an der Verarbeitungskammer montiert ist, Fokussieren der Vakuum-UV-Strahlung mit Hilfe des Transmissionsfensters auf eine vorbestimmte Position, Ionisieren zumindest eines Teils des Plasma-Anregungsgases, Einstrahlen der Mikrowelle in die Verarbeitungskammer, um die Zündung des Plasmas zu induzieren, und Einführen eines Prozeßgases zum Verarbeiten des Substrats in die Verarbeitungskammer nach der Zündung des Plasmas.
  • Da gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas vorgesehen ist, welche die durch eine Mikrowelle induzierte Zündung des Plasmas erleichtert, ist es möglich, selbst unter für die Plasmazündung ungünstigen Bedingungen die Zündung des Plasmas einfach und schnell allein mit der Mikrowelle zu induzieren. Die Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas kann eine Konfiguration aufweisen, bei welcher Vakuum-UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl und/oder Licht von einer Excimer-Lampe in einen Plasma-Anregungsraum emittiert wird, um einfach die Zündung des Plasmas zu induzieren. Insbesondere wird vorzugsweise von einer Deuterium-Lampe emittierte Vakuum-UV-Strahlung benutzt, beispielsweise Vakuum-UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 135 nm, um ein Transmissionsfenster zu durchdringen und den Plasma-Anregungsraum in der Verarbeitungskammer zu bestrahlen. Das Plasma-Anregungsgas in dem Plasma-Anregungsraum wird durch die Vakuum-UV-Strahlung ionisiert, und die Ionen dienen als Keime zum Erzeugen von Plasma. Infolgedessen kann durch Einführen einer Mikrowelle einfach Plasma erzeugt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 2 ist eine Draufsicht, welche die Fokussierposition des Transmissionsfensters relativ zu dem Halbleiterwafer zeigt,
  • 3 ist ein Flußdiagramm, das zeigt, wie die Plasmaverarbeitung von der in 1 gezeigten Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird,
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Modifikation an der in 1 gezeigten Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung zeigt, und
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer weiteren Modifikation an der in 1 gezeigten Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 umfaßt eine Verarbeitungskammer 12, eine Schlitzantenne (Mikrowellenantenne) 14 oberhalb der Verarbeitungskammer 12, eine dielektrische Trennwand 16 unterhalb der Schlitzantenne 14, eine Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 unterhalb der dielektrischen Trennwand 16 zum Einführen eines Plasma-Anregungsgases, eine Prozeßgas-Duschplatte 20 unterhalb der Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 zum Einführen eines Prozeßgases, einen Träger 22 unterhalb der Prozeßgas-Duschplatte 20 und ein Magnetron 24 zum Erzeugen einer Mikrowelle.
  • Die von dem Magnetron 24 bei beispielsweise 2,45 GHz erzeugte Mikrowelle wird durch einen Wellenleiter (nicht dargestellt) auf die Schlitzantenne 14 gerichtet. Die auf die Schlitzantenne 14 gerichtete Mikrowelle durchläuft die dielektrische Trennwand 16 und die Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 und wird auf einen Plasma-Anregungsraum 26 gerichtet.
  • Aus der Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 kommt ein Plasma-Anregungsgas, beispielsweise ein beliebiges der Edelgase Argon (Ar), Krypton (Kr) oder Xenon (Xe), und tritt in den Plasma-Anregungsraum 26 ein, wo das Plasma-Anregungsgas von der Mikrowelle angeregt und ein Plasma erzeugt wird. Das in dem Plasma-Anregungsraum 26 erzeugte Plasma durchläuft beispielsweise Öffnungen, die nach Art eines Gitters in der Prozeßgas-Duschplatte 20 angeordnet sind, und wird in einen Verarbeitungsraum 28 eingeführt.
  • Aus der Prozeßgas-Duschplatte 20 wird ein Prozeßgas in den Verarbeitungsraum 28 eingeführt. Auf dem Träger 22, der in den Verarbeitungsraum 28 eingebracht ist, ist ein Halbleiterwafer W, wie z.B. ein Siliziumwafer, angeordnet, der in dem Prozeßgas und dem Plasma einer Plasmaverarbeitung unterzogen werden soll. Das bei der Plasmaverarbeitung entstehende Gas wird von einer nicht dargestellten Pumpe durch einen im Boden der Verarbeitungskammer 12 vorgesehenen Pumpanschluß 12a abgesaugt.
  • Als nächstes wird das Zünden des Plasmas in der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 erklärt.
  • In der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 wird die Zündung des Plasmas durch die eingeführte Mikrowelle im Plasma-Anregungsraum 26 induziert. Falls allerdings der Druck innerhalb der Verarbeitungskammer 12 niedrig ist, ist es schwierig, nur mit einer Mikrowelle die Zündung des Plasmas zu induzieren. Deswegen ist in der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung eine Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas vorgesehen, welche die durch die Mikrowelle induzierte Zündung des Plasmas unterstützt bzw. erleichtert.
  • Die Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas der vorliegenden Ausführungsform umfaßt eine Deuterium-Lampe 30, welche an einer Seitenwand der Verarbeitungskammer 12, die den Plasma-Anregungsraum 26 definiert, montiert ist, und ein Transmissionsfenster 32. Die Deuterium-Lampe 30 emittiert Vakuum-UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 135 nm. Die Vakuum-UV-Strahlung durchläuft das Transmissionsfenster 32 und wird auf den Plasma-Anregungsraum 26 gerichtet, wo sie die Ionisierung des Plasma-Anregungsgases induziert und dadurch die Mikrowellen-Zündung des Plasmas erleichtert. Das Transmissionsfenster 32 ist vorzugsweise aus CaF2, MgF2, LiF usw. hergestellt, so daß die Vakuum-UV-Strahlung bei kurzen Wellenlängen nicht absorbiert wird. Da außerdem die Vakuum-UV-Strahlung bei einem Druck in einem Bereich von etwa 1,34 Pa (ca. 0,01 Torr) bis 13,4 Pa (ca. 0,1 Torr) eine sehr gute Ionisationseffizienz aufweist, wird in der Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt Vakuum-UV-Strahlung benutzt.
  • Wie oben beschrieben wurde, weist die von der Deuterium-Lampe 30 emittierte Vakuum-UV-Strahlung kurze Wellenlängen und somit hohe Energie auf und kann daher das aus einem Edelgas bestehende Plasma-Anregungsgas effizient ionisieren. Als Plasma-Anregungsgas kann zum Beispiel Krypton (Kr) benutzt werden. Die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem Kryptonatom herauszuschlagen, beträgt 13,8 eV. Die Energie eines Photons der Vakuum-UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 135 nm beträgt 9 eV. Das Kryptonatom nimmt daher 18 eV auf, wenn zwei solcher Photonen absorbiert werden, wodurch es möglich wird, ein Elektron aus dem Kryptonatom herauszuschlagen.
  • Mit anderen Worten: Wenn das Kryptongas mit Vakuum-UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 135 nm bestrahlt wird, emittieren die Kryptonatome eine beträchtliche Anzahl von Elektronen, und die Ionisierung des Kryptongases wird induziert. Wenn eine Mikrowelle in das ionisierte Kryptongas eingeführt wird, läßt sich die Zündung des Plasmas einfach induzieren.
  • Damit hierbei ein Kryptonatom zwei Photonen absorbieren kann, müssen die einfallenden Photonen kontinuierlich auf die Kryptonatome auftreffen, d.h., kontinuierlich Energie an die Kryptonatome transferieren, und bevorzugt weist die Vakuum-UV-Strahlung eine hohe Intensität auf. Um die Intensität der Vakuum-UV-Strahlung zu steigern, wird das Transmissionsfenster 32 bevorzugt als konvexe Linse hergestellt, um die Vakuum-UV-Strahlung auf eine spezifizierte Position in dem Plasma-Anregungsraum 26 zu fokussieren. Bevorzugt handelt es sich bei der Fokussierposition (P) der Vakuum-UV-Strahlung um eine der Positionen, an denen das elektrische Feld der Mikrowelle am stärksten ist, beispielsweise an den Knoten einer stehenden Welle der Mikrowelle oder an den Mittelpunkten zwischen zwei Knoten (d.h., den Schwingungsbäuchen der stehenden Welle) in dem Plasma-Anregungsraum 26.
  • Bei der Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas der vorliegenden Ausführungsform ist die Prozeßgas-Duschplatte 20 aus leitenden Materialien hergestellt, und die Mikrowelle wird von der Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 und der Prozeßgas-Duschplatte 20 reflektiert, wodurch zwischen der Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 und der Prozeßgas-Duschplatte 20 eine stehende Welle der Mikrowelle erzeugt wird. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine konvexe Linse zur Verwendung als Transmissionsfenster 32 dergestalt ausgewählt, daß ihr Brennpunkt an einem Schwingungsbauch der stehenden Welle liegt. Dabei beträgt der Abstand L zwischen der Plasma-Anregungsgas-Duschplatte 18 und dem Brennpunkt gleich einem Viertel der Wellenlänge λ der Mikrowelle (λ/4).
  • Da die von dem Transmissionsfenster 32 fokussierte Vakuum-UV-Strahlung mit hoher Intensität einen Abschnitt des Plasma-Anregungsraums 26 bestrahlt, an welchem es am wahrscheinlichsten zu Ionisierung kommt, wird folglich die Absorption von zwei Photonen durch ein Kryptonatom einfach, was die Zündung des Plasmas weiter erleichtert. Es ist anzumerken, daß der oben erwähnte Abstand L nicht auf ein Viertel der Wellenlänge λ der Mikrowelle beschränkt ist, sondern andere Abstände einnehmen kann, die anderen Positionen von Schwingungsbäuchen der stehenden Welle entsprechen, zum Beispiel 3λ/4, 5λ/4, oder (2n+1)λ/4 (wobei n eine ganze Zahl ist).
  • 2 ist eine Draufsicht auf den Plasma-Anregungsraum 26, wenn der Halbleiterwafer W senkrecht von oben betrachtet wird, welche die Fokussierposition des Transmissionsfensters 32 zeigt. Bevorzugt liegt die Position (P), an der die Vakuum-UV-Strahlung fokussiert wird, d.h., die Position des Brennpunktes des Transmissionsfensters 32 (konvexe Linse), außerhalb der rechten zylindrischen Region („right cylindrical region"), deren Grundfläche der Halbleiterwafer W ist. Wenn im Speziellen die Zündung des Plasmas oberhalb, aber in der Nähe des Halbleiterwafers W stattfindet, kann sie den Halbleiterwafer W nachteilig beeinflussen, da der Halbleiterwafer W so in den Ausbreitungsweg des Plasma-Anregungsgases gerät. Um dies zu vermeiden, liegt die Position der Plasmazündung vorzugsweise außerhalb der zylindrischen Region, deren Grundfläche der Halbleiterwafer W ist. In 2 ist die Prozeßgas-Duschplatte 20 nicht dargestellt.
  • 3 ist ein Flußdiagramm, das zeigt, wie die Plasmaverarbeitung von der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird bei der Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung zuerst die Verarbeitungskammer 12 auf ein vorbestimmtes Vakuum evakuiert (Schritt 1). Dann wird ein Plasma-Anregungsgas in den Plasma-Anregungsraum 26 zugeführt (Schritt 2). Anschließend emittiert die Deuterium-Lampe 30 Vakuum-UV-Strahlung, und die Vakuum-UV-Strahlung durchläuft das Transmissionsfenster 32 und wird auf den Plasma-Anregungsraum 26 gerichtet (Schritt 3). Die Vakuum-UV-Strahlung schlägt Elektronen aus Atomen des Plasma-Anregungsgases heraus, und in diesem Zustand wird von der Schlitzantenne 14 eine Mikrowelle in den Plasma-Anregungsraum 26 eingeführt, um die Zündung des Plasmas zu induzieren (Schritt 4). Sobald die Zündung des Plasmas induziert ist, wird von da ab kontinuierlich Plasma erzeugt. Das solchermaßen erzeugte Plasma durchläuft die Öffnungen in der Prozeßgas-Duschplatte 20 und tritt in den Verarbeitungsraum 28 ein. Mit dem Prozeßgas und dem Plasma wird an dem Halbleiterwafer W die Plasmaverarbeitung ausgeführt (Schritt 5).
  • In dem Fall, daß zum Beispiel entweder ein Siliziumdioxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm oder ein Siliziumnitridoxidfilm auf einem Siliziumwafer ausgebildet wird, können O2, NH3, N2 und/oder H2 als Prozeßgas benutzt und von der Prozeßgas-Duschplatte 20 in den Verarbeitungsraum 28 zugeführt werden. In dem Fall, daß zum Beispiel ein Siliziumwafer geätzt wird, kann Fluorkohlenwasserstoffgas oder Halogengas als Prozeßgas benutzt und von der Prozeßgas-Duschplatte 20 in den Verarbeitungsraum 28 zugeführt werden.
  • Hierbei wird das Prozeßgas von der Prozeßgas-Duschplatte 20 in den Verarbeitungsraum 28 zugeführt, welcher von dem Plasma-Anregungsraum 26 getrennt ist, und es strömt von dem Wafer W auf den Auslaßanschluß 12a zu, welcher am Boden der Verarbeitungskammer 12 vorgesehen ist. Das heißt, das Prozeßgas kann nicht in den Plasma-Anregungsraum 26 eintreten. Daher ist zum Zeitpunkt der Zündung des Plasmas kein Prozeßgas im Plasma-Anregungsraum 26 vorhanden, und dies vermeidet Probleme, die andernfalls durch Dissoziation des Prozeßgases zum Zeitpunkt der Zündung des Plasmas hervorgerufen würden.
  • Die Erfindung wurde zwar anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, doch ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt; vielmehr könnten zahlreiche Modifikationen an ihr vorgenommen werden, ohne von dem in den Ansprüchen beschriebenen Grundgedanken und Schutzumfang abzuweichen.
  • Zum Beispiel wird oben beschrieben, daß die Deuterium-Lampe 30 und das Transmissionsfenster 32 an der Seitenwand der Verarbeitungskammer 12 montiert sind, aber sie könnten auch an anderen Positionen montiert sein.
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Modifikation an der in 1 gezeigten Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
  • Bei der in 4 gezeigten Plasma-Verarbeitungsvorrichtung 10A sind die Deuterium-Lampe 30 und das Transmissionsfenster 32 am Boden der Verarbeitungskammer 12 montiert. In diesem Fall sind die Wände, die den Plasma-Anregungsraum 26 definieren, glatt, und dadurch lassen sich anormale Mikrowellenentladungen vermeiden, die durch Unregelmäßigkeiten der den Plasma-Anregungsraum 26 definierenden Wände verursacht werden könnten.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer weiteren Modifikation an der in 1 gezeigten Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
  • Wie in 5 gezeigt ist, ist die Deuterium-Lampe 30 an der Außenseite der Verarbeitungskammer 12 montiert, und der Raum zwischen der Deuterium-Lampe 30 und dem Transmissionsfenster 32 (der Raum, den die Vakuum-UV-Strahlung durchläuft) wird in einem Vakuumzustand gehalten, da andernfalls die Vakuum-UV-Strahlung mit 135 nm, welche von der Deuterium-Lampe 30 emittiert wird, in der Luft absorbiert würde. Alternativ hierzu kann der Raum zwischen der Deuterium-Lampe 30 und dem Transmissionsfenster 32 mit Heliumgas gefüllt sein.
  • Zusätzlich hierzu kann die Deuterium-Lampe 30 einen Reflektor aufweisen, der dazu dient, die von der Deuterium-Lampe 30 in unterschiedliche Richtungen emittierte Vakuum-UV-Strahlung zu bündeln. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, das Transmissionsfenster 32 als konvexe Linse auszubilden; zum Beispiel reicht ein ebenes Transmissionsfenster 32 aus.
  • Ferner wird oben beschrieben, daß die Einheit zum Erleichtern des Zünden eines Plasmas dazu konfiguriert ist, die Vakuum-UV-Strahlung zu emittieren, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auf beliebige andere Konfigurationen anwendbar, vorausgesetzt, daß für die Ionisation des Plasma-Anregungsgases gesorgt wird. Zum Beispiel könnte statt der Vakuum-UV-Strahlung auch Röntgenstrahlung, ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl und/oder Licht von einer Excimer-Lampe benutzt werden, um das Plasma-Anregungsgas zu ionisieren.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas vorgesehen, welche die durch eine Mikrowelle induzierte Zündung des Plasmas erleichtert, und daher ist es möglich, selbst unter für die Plasmazündung ungünstigen Bedingungen die Zündung des Plasmas einfach und schnell allein mit der Mikrowelle zu induzieren. Die Einheit zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas kann eine Konfiguration aufweisen, in welcher die Vakuum-UV-Strahlung von einer Deuterium-Lampe ein Transmissionsfenster durchdringt und einen Plasma-Anregungsraum in einer Verarbeitungskammer bestrahlt. Da durch ist es möglich, die Zündung des Plasmas mit einer einfachen Konfiguration zu erleichtern.

Claims (20)

  1. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10), die geeignet ist, Plasma durch eine Mikrowelle zu erzeugen, welche von einer Mikrowellenantenne (14) durch ein Mikrowellen-Transmissionsfenster (16), welches Teil einer Verarbeitungskammer (12) ist, in die Verarbeitungskammer (12) gerichtet ist, und zum Ausführen einer Plasmaverarbeitung geeignet ist, wobei die Vorrichtung (10) folgendes umfaßt: eine Einheit (30) zum Erleichtern des Zündens eines Plasmas, die so konfiguriert ist, daß sie das Zünden des Plasmas durch die Mikrowelle erleichtert, wobei die Einheit zum Erleichtern des Zündens des Plasmas geeignet ist, Strahlung zum Zünden eines Plasmas zu einem Plasma-Anregungsraum in der Verarbeitungskammer zu emittieren, um die Zündung des Plasmas zu induzieren, wobei die Strahlung mindestens einen der folgenden Strahlungstypen umfaßt: Vakuum-UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl und/oder Licht von einer Excimer-Lampe, gekennzeichnet durch Mittel (32) zum Fokussieren der Strahlung zum Zünden des Plasmas auf eine Position außerhalb eines Raums vertikal oberhalb eines zu verarbeitenden Objekts (W), wenn die Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) in Betrieb ist.
  2. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Fokussieren einen Reflektor oder ein Transmissionsfenster umfassen, welches eine konvexe Linse (32) umfaßt.
  3. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einheit zum Erleichtern des Zündens des Plasmas folgendes umfassen: eine Deuterium-Lampe (30) zum Emittieren der Vakuum-UV-Strahlung; und ein UV-Strahlungs-Transmissionsfenster (32), um die Vakuum-UV-Strahlung, welche dieses durchquert, zu einem Plasma-Anregungsraum (26) zu richten.
  4. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der ein Raum zwischen der Deuterium-Lampe (30) und dem UV-Strahlungs-Transmissionsfenster (32) in einem Vakuumzustand gehalten wird.
  5. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der ein Raum zwischen der Deuterium-Lampe (30) und dem UV-Strahlungs-Transmissionsfenster (32) mit Heliumgas gefüllt ist.
  6. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Deuterium-Lampe (30) und das UV-Strahlungs-Transmissionsfenster an Seitenwänden einer Verarbeitungskammer (12) montiert sind, welche den Plasma-Anregungsraum (26) definiert, wenn die Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) in Betrieb ist.
  7. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Deuterium-Lampe (30) und das UV-Strahlungs-Transmissionsfenster (32) an einem Boden einer Verarbeitungskammer (12) montiert sind, die den Plasma-Anregungsraum (26) definiert, wenn die Plasma-Verarbeitungsvorrichtung in Betrieb ist.
  8. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fokussierungsmittel (32) geeignet sind, die Strahlung zum Zünden des Plasmas an einem Brennpunkt (P) zu fokussieren, an welchem ein elektrisches Feld der Mikrowelle innerhalb der Verarbeitungskammer (12) ein Maximum annimmt.
  9. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Abstand (L) von einer Position eines Brennpunkts (P), an welchem die Strahlung zum Zünden des Plasmas fokussiert ist, zu einer leitenden Oberfläche einer Plasma-Anregungsgas-Duschplatte (18) zum Einführen des Plasma-Anregungsgases in einen Plasma-Anregungsraum (26) ein ungerades Vielfaches von λ/4 beträgt, wobei λ die Wellenlänge der Mikrowelle ist.
  10. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der das UV-Strahlungs-Transmissionsfenster (32) aus CaF2, MgF2 oder LiF gebildet ist.
  11. Mikrowellen-Plasma-Verarbeitungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Plasma-Anregungsraum (26) von einem Verarbeitungsraum (28) durch eine Prozeßgas-Duschplatte (20) getrennt ist, aus der ein Prozeßgas in den Verarbeitungsraum (28) zugeführt werden kann, wodurch verhindert wird, daß das Prozeßgas in den Plasma-Anregungsraum (26) eintritt.
  12. Plasma-Verarbeitungsverfahren, welches ein Verfahren zum Induzieren einer Plasmazündung durch eine Mikrowelle umfaßt, mit den folgenden Schritten: Evakuieren einer Verarbeitungskammer auf ein vorbestimmtes Vakuum; Zuführen eines Plasma-Anregungsgases in die Verarbeitungskammer; Emittieren von Strahlung in das Plasma-Anregungsgas innerhalb der Verarbeitungskammer, wobei die Strahlung von mindestens einer der folgenden Strahlungsarten ist: Vakuum-UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl und/oder Licht von einer Excimer-Lampe, Einführen der Mikrowelle in das Plasma-Anregungsgas in der Verarbeitungskammer, um die Zündung des Plasmas zu induzieren, und Fokussieren der Strahlung auf einen Brennpunkt (P), dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt außerhalb eines Raums vertikal oberhalb eines zu verarbeitenden Objekts (W) liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner die folgende Schritte umfaßt: Ionisieren zumindest eines Teils des Plasma-Anregungsgases; und Einstrahlen der Mikrowelle in die Verarbeitungskammer, um die Plasmazündung zu induzieren.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner den folgenden Schritt umfaßt: Einführen eines Prozeßgases zum Verarbeiten des Substrats (W) in die Verarbeitungskammer (12) nach der Zündung des Plasmas.
  15. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach Anspruch 14, bei dem das Plasma-Anregungsgas ein Edelgas umfaßt, darunter Argon (Ar), Krypton (Kr) oder Xenon (Xe).
  16. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Prozeßgas mindestens eines der folgenden Gase enthält: O2, NH3, N2 oder H2.
  17. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach Anspruch 16, bei dem das Substrat durch einen Siliziumwafer (W) gebildet wird und das Prozeßgas in den Verarbeitungsraum (28) eingeführt wird, um einen Silizium-Dioxidfilm, einen Silizium-Nitridfilm und/oder einen Silizium-Nitrid-Oxidfilm auf den Siliziumwafer auszubilden.
  18. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Verarbeitungsgas ein Fluorkohlenwasserstoffgas und/oder ein Halogengas enthält.
  19. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach Anspruch 18, bei dem das Prozeßgas in den Verarbeitungsraum (28) eingeführt wird, um das Substrat (W) zu ätzen.
  20. Plasma-Verarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem das Plasma-Anregungsgas in einen Plasma-Anregungsraum (26) zugeführt wird, welcher von einem Verarbeitungsraum (28), in welchem das Substrat (W) angeordnet ist, getrennt ist, und das Prozeßgas in den Verarbeitungsraum (28) zugeführt wird, wodurch verhindert wird, daß das Prozeßgas zum Zeitpunkt der Zündung des Plasmas in den Plasma-Anregungsraum (26) eintritt.
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Inventor name: HIRAYAMA, MASAKI, ARAMAKI,AOBAKU,SENDAISHI,MIY, JP

Inventor name: SUGAWA, SHIGETOSHI, ARAMAKI,AOBAKU,SENDAISHI,M, JP

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