DE68924413T2

DE68924413T2 - Radiofrequenzinduktion/Mehrpolplasma-Bearbeitungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE68924413T2
Application number: DE1989624413
Authority: DE
Inventors: Dennis Keith Coultas; John Howard Keller
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2009-12-20
Also published as: DE68924413D1; JPH0770532B2; EP0379828A2; EP0379828A3; JPH02235332A; EP0379828B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1 zur Plasmabearbeitung von Substraten und spezieller auf subtraktive (Ätz-) und additive (Depositions-) Bearbeitung von elektronischen Schaltkreischips und Verkapselungsmaterialien.

Technisches Problem

Das Problem bei kapazitiver Einkopplung von HF-Energie in ein Plasma, das zum Ätzen oder Aufbringen von Filmen verwendet wird, besteht darin, daß zur Erhöhung der Leistung auf einen Pegel, der zur Erzeugung des benötigten Plasmas erforderlich ist, die Spannung so hoch wird, daß die geladenen Teilchen in dem Plasma aiif ein übergroßes Maß an kinetischer Energie beschleunigt werden und dazu neigen, das Werkstück zu sputtern und jegliche Masken zu ätzen oder wegzusputtern. Die Folge ist, daß die Maskenöffnung abgeschrägt wird, d.h. daß die Abmessung der Öffnungen in Masken durch Ätzen der Kanten der Masken vergrößert wird. Der Effekt führt außerdem zu einer Beschädigung durch Ionen und einem Verlust an Selektivität. Dies ist inakzeptabel, da die Anforderungen auf dem Fachgebiet dahin gehen, die Größe der Öffnungen mit abnehmenden Abmessungen in der Mikroelektronik zu verkleinern. Stattdessen hätte man gern die Flexibilität, die Ionenenergie entsprechend dem gewünschten Prozeß zu variieren.

Diesbezüglicher Stand der Technik

Das US-Patent 3 705 091 von Jacob für "Gas Discharge Apparatus" zeigt eine zylindrische Reaktorkammer aus Glas, die mit einer spiralförmlgen HF-Spule koaxial umwickelt ist, die zur Erzeugung eines Plasmas in einem Vakuum zum Ätzen einer Aufnahme für Halbleiterscheiben mit Hochfrequenz (13,5 MHz) HF erregt wird. Das System arbeitet im Druckbereich von 1 Torr (1,3 x 10² Pa) und erzeugt hauptsächlich reaktive Radikale. Das System von Jacob wird nicht in der gewünschten RIE-Betriebsart zum reaktiven Ionenätzen dieser Erfindung betrieben. In dem für die vorliegende Erfindung gewünschten Druckbereich von 1 mTorr bis 50 mTorr (1,3 x 10&supmin;¹ Pa bis 6,5 Pa) würde das System von Jacob ein sehr ungleichmäßiges und sehr langsames Ätzen ergeben. Es sind keine Mittel zum Begrenzen des Plasmas gezeigt.
M. C. Vella, N. W. Ehlers, D. Kippenhan, P. A. Pincosy und R. V. Pyle "Development of R.F. Plasma Generators for Neutral Beams", J. Vac. Sci. Technol. A 3 (3), (Mai/Juni 1985), Seiten 1218 bis 1221 beschreiben eine HF-Plasmaquelle, die zum Erzeugen eines neutralen Strahls hoher Leistung verwendet wird, um ein ausgedehntes Fusionsplasma auf Reaktionstemperaturen zu erhitzen. Der Druck beträgt von 1 mTorr bis 20 mTorr (2,6 Pa). Eine Mehrzahl von magnetischen Dipolen umgibt die HF-Becherkammer, um eine magnetische Abschirmung für das Plasma zu erzeugen. Es gibt keinen Hinweis auf eine additive oder subtraktive Behandlung eines Substrats. Vella et al. lehren die Verwendung von HF-Induktion zur Plasmaerzeugung, sie lehren jedoch nicht die Verwendung von HF-Induktion zum Ätzen oder zur Deposition, wo das Plasma die Peschichtung auf einer HF-Spule ätzt und die Isolatoren beschichtet.
P. Limpaecher und N. P. MacKenzie, "Magnetic Multipole Containment of Large Uniform Collisionless Quiescent Plasmas", Rev. Sci. Instrum., Bd. 44, Nr. 6, (Juni 1973) 726 bis 731 erörtern die Verwendung von magnetischen Multipolen zur Begrenzung eines Plasmas aus Argon bei einem Druck von 0,002 Torr (2,6 x 10&supmin;¹ Pa). Diese Referenz ist eine der Originalveröffentiichungen über Multipol-Begrenzung der Primärelektronen bei der Plasmaerzeugung durch Elektronenemission von einem heißen Filament. Das US-Patent Nr. 4 483 737 von Mantei, "Method and Apparatus for Plasma Etching a Substrate" verwendet ein elektrisch geheiztes Filament, um Elektronen zu emittieren, erwähnt jedoch in Sp. 5, Zeilen 53 bis 65, daß eine Hohlkathode oder Ionenzyklotronresonanz zur Erzeugung von Elektronen verwendet werden kann. Später wird erwähnt, daß keine HF-Leistungsquellen für den Entladungsstrom oder zur Erzeugung des Oberflächenmagnetfeldes, welches das Plasma begrenzt, verwendet werden. In Sp. 6, Zeilen 52 bis 58 wird angeführt "Das Plasma wird durch Aufprall von schnellen ionisierenden Elektronen, die aus einem Satz geheizter Wolfram-Filamente herausgezogen werden, anstatt durch eine angelegte HF-Spannung erzeugt".
Siehe auch T. D. Mantel und T. Wicker, "Plasma Etching with Surface Magnetic Field Confinement", Appl. Phys. Lett. 43(1), (1. Juli 1983) Seiten 84 bis 86 und T. D. Mantei und T. Wicker, "Low Pressure Plasma Etching with Magnetic Confinement", Solid State Technology (April 1985) Seiten 263 bis 265.
I. Lin, D. C. Hinson, W. H. Class, P. L. Sandstrom, "Low-Energy High Flux Reactive Ion Etching by R.F. Magnetron Plasma", Appl. Phys. Lett. Bd. 44 (15. Jan. 1984) Seiten 185 bis 187 beschreiben eine magnetische Begrenzung eines Plasmas und die Verwendung von HF-Leistung zur Plasmaerzeugung. Die HF-Leistung wird kapazitiv in ein Kupfer-Prisma eingekoppelt, das als Elektrode verwendet wird. Dies ist eines von vielen Magnetronsystemen für reaktives Ionenätzen. Die meisten derselben beinhalten den Versuch, Gleichförmigkeit von einem System zu erzielen, in dem die Elektronendichte in Richtung der E x B Drift von Sekundärelektronen von der Kathode zunimmt. Diese Systeme stellen auch eine begrenzte Einstellbarkeit der Energie der Ionen, die auf einen Wafer auftreffen, zur Verfügung.
Das US-Patent Nr. 4 632 19 von Chow et al. für "Semiconductor Etchlng Apparatus with Magnetic Array and Vertical Shield" beschreibt das Ätzen eines Halbleiterwafers in einem HF-Feld in Argongas. Ein Paar von Ringen konzentrischer Dipole über dem Wafer erzeugt ein Paar von Ringen in dem Plasma über dem Wafer. Dies führt zu der Art des Fehlens von Gleichmäßigkeit des Plasinas, die in Systemen vermieden würde, die zur Bereitstellung eines gleichmäßigen Ätz- oder Depositionsvorgangs erforderlich sind. Somit führt das Patent von Chow et al. in die dem Zweck, auf den diese Erfindung gerichtet ist, entgegengesetzte Richtung.
Das US-Patent Nr. 4 384 938 "Reactive Ion Etching Chamber" von B. Desilets et al. beschreibt eine Einrichtung zum reaktiven Ionenätzen mit einer zylindrischen Kammer für das reaktive Ionenätzen, die als Anode wirkt, und einer Plattenanordnung, die als Kathode wirkt, wobei ein zwischen Kathode und Anode angelegtes HP-Signal dahingehend wirkt, daß ein aktiver Glimmbereich innerhalb der Kammer mit einem Dunkelraum erzeugt wird, der über den inneren Oberflächen derselben vorliegt. Eine Kammerstruktur für reaktives Ionenätzen besitzt eine innere Oberseite und Seitenwandoberflächen, die eine physikalisch symmetrische Anordnung bezüglich der zwischen den Seitenwandoberflächen unter der Oberseite positionierten Kathodenplatte bilden, wobei die Oberseite und die Seitenwandoberflächen mit Ausnahme von Gaseinlaß- und Gasauslaßanschlüssen einheitlich verlaufen, wobei die Gasauslaßanschlüsse eine Öffnungsabmessung aufweisen, die geringer als die Dicke des über der inneren Oberfläche vorliegenden Dunkelraums ist.
EP-A-184 812 beschreibt eine trockene Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1, die eine Kammer, Induktionsmittel zur Bereitstellung eines HF-Induktionsfeldes und Begrenzungsmittel aufweist.
EP-A-261 922 offenbart einen Elektrodenaufbau und eine Elektrodenvorrichtung, die Magnete verwendet, um Elektronen benachbart zu den Wänden des Lochs der das Plasma erzeugenden Elektrode einzufangen.
US-A-4 431 898 beschreibt eine Vorrichtung zum Plasmaätzen von Halbleiterbauelementen. Eine Plasmakammer, in der die Halbleiterbauelemente geätzt werden, ist induktiv mit einer Wechselstromleistungsquelle gekoppelt.
EP-A-115 970 beschreibt eine Vorrichtung zum Plasmaätzen, die auf ihren Kammerwänden eine Ummantelung beinhaltet, die gegenüber einem Plasma im wesentlichen inert ist.
EP-A-203 560 offenbart eine Vorrichtung zum Plasmaätzen, die Verteilermittel und Öffnungsmittel beinhaltet.
Siehe auch das US-Patent Nr. 4 383 177 von Keller et al. für "Multipole Implantation Isotope Separation Ion Beam Source".
Aufgaben dieser Erfindung sind:
a) ein gleichförmiges Plasma,
b) eine Plasmadichte, die in Abhängigkeit von der Leistung nicht in Sättigung kommt,
c) Steuerung der Ionenenergie,
d) hohe Ätzraten für einen gegebenen Leistungspegel und
e) relative Einfachheit.
Diese Aufgaben werden mittels der in Anspruch 1 definierten Vorrichtung gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben spezielle Ausführungsformen der Erfindung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Plasmabehandlungs- Systems gemäß dieser Erfindung.
FIG. 2 zeigt eine magnetische Multipol-Anordnung zur Begrenzung eines Plasmas gemäß dieser Erfindung.
FIG. 3 zeigt eine schematische Darstellung einiger Elemente des Plasmasystems von FIG. 1.
FIG. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine evolventen- oder spiralförmig gestaltete HF-Induktionsfeldspule in dem System von FIG. 1 gemäß dieser Erfindung.
FIG. 5 ist eine grafische Darstellung des Ionenstroms in Abhängigkeit von der HF-Leistung für drei Plasmabearbeitungssysteme.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

FIG. 1 zeigt eine Vorrichtung 9, die eine evakuierte Kammer 10 umfaßt, die einen Halbleiterwafer 11 enthält, der ein mit einem Plasmaprozeß zu behandelndes Werkstück beinhaltet. Der Kammer 10 wird von einem kreisförmigen Verteiler 14 über eine kreisförmige Öffnung 15 ein Gas zugeführt. Das Gas wird dazu verwendet, ein Plasma zum Bearbeiten des Wafers 11 durch Ätzen oder Deposition zu erzeugen, Eine Ummantelung 16, die eine zylindrische Außenwand bildet, enthält das Gas, das zur Erzeugung eines Plasmas aktiviert werden soll.
Die Ummantelung 16 besteht vorzugsweise aus Quarz oder einem anderen Material, das nahezu, d.h. im wesentlichen, inert oder nicht-kontaminierend gegenüber dem Plasma ist, das in der Plasmabearbeitungskammer 10 enthalten sein soll. Die Abdeckung 17 der Kammer 10 besteht ebenfalls aus Quarz. Somit ist die Kammer 10 von einer mit Quarz überzogenen Ummantelung 16 und Abdeckung 17 auf den Seiten und auf der Oberseite umgeben, wobei sich der Wafer 11 auf dem Boden befindet. Der Wafer 11 liegt auf einer metallischen Basis 23, ist jedoch durch eine isolierende Beschichtung auf der Oberseite der Basis 23 von derselben isoliert. Ein ebener Isolationsring 40 ist oben auf der Basis 23 an der Peripherie des Wafers 11 vorgesehen und mit einer Vertiefung 32 zum Aufnehmen der Kanten des Wafers 11 versehen. Der Ring 40 trennt das Plasma von den Oberflächen darunter, und er ist mit der Vertiefung 32 gestaltet gezeigt, um den Wafer 11 in einer mittigen Position an der Basis der Kammer 10 zu halten.
Das Gas wird der Kammer 10 von einem Gaseinlaßanschluß 12 über eine Leitung 13 zu dem ringförmigen Verteiler 14 zugeleitet, der durch eine ringförmige Basis 27 und die Abdeckung 17 gebildet wird. Der Verteiler 14 ist etwa 0,275 Inch (0,7 cm) tief. Der Verteiler 14 ist mit der Kammer 10 über eine enge, ringförmige Umfangsöffnung 15 von etwa 0,005 Inch (0,0127 cm) verbunden, die einen ausreichenden Gasdruck in dem Verteiler 14 aufrechterhält, so daß das Gas unter einem relativ gleichmäßigen Druck über den gesamten Umfang der Oberseite der Kammer 10 verteilt wird. Das Gas in dem Verteiler 14 tritt durch die Öffnung 15 zwischen der Oberseite des Rands der ringförmigen Basis 27 und der Unterseite der Abdeckung 17 in im wesentlichen gleichen Mengen pro Zeiteinheit über der gesamten Umfangsfläche, d.h. der Peripherie, an der Oberseite der Kammer 10 hindurch, so daß das Plasma innerhalb der Kammer 10 noch mehr in hohem Maß gleichförmig ist. Der Gasdruck in der Kammer 10 liegt vorzugsweise bei einem niedrigen Druck von etwa 1 mTorr bis 5 mTorr (1,3 x 10&supmin;&sup4; Pa bis 6,5 10&supmin;&sup4; Pa). Das aus der Kammer 10 abzuführende Gas tritt durch eine ringförmige Öffnung 18 an der Basis der Ummantelung 16 oder zwischen Magneten 21 hindurch in den Absaugvakuumpumpenverteiler 19 und durch einen Anschluß 89 hindurch nach außen, der mit Vakuumpumpen (aus Gründen der Einfachheit der Darstellung nicht gezeigt) verbunden ist.
Es wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer magnetischen Begrenzung des Plasmas in Form von mehrfachen magnetischen Dipolen (Multipolen) 21 mit vertikalen Achsen verwendet, wie in den FIG. 1, 2 und 3 gezeigt. Die Felder der Multipole 21 verlaufen unter einem rechten Winkel in Richtung der vertikalen Achse der zylindrischen Kammer 10. Die Multipole 21 sind um die Peripherie der Ummantelung 16 in der klassischen zylindrischen Anordnung zur magnetischen Begrenzung angeordnet. Die magnetischen Felder der Multipole zeigen nach innen, wie durch die Draufsicht in FIG. 2 angezeigt. Mit dieser Anordnung stellt das Alternieren der bei Betrachtung nach unten, wie in FIG. 2, nach innen weisenden Nord- und Südpole (der Multipole 21) eine Wand von Magnetfeldkräften bereit, die Elektronen in das Innere der Kammer 10 zurückstoßen, wodurch die Anzahl von aktivierten Ionen, die auf die Wände treffen und die Gleichförmigkeit der Konzentration des Plasmas in der Nähe des Wafers 11 variieren, reduziert wird. Wie aus FIG. 2 ersichtlich, enthält das Magnetfeld Scheitelpunkte 20, die in Richtung der Multipole 21 weisen. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß die Magnete 21 zylindrische Scheitelpunkte anstelle von Linienscheitelpunkten bereitstellen können. Eine Hochfrequenzinduktions(HFI)-Spule 22 ist in einer Spiraloder Evolventenform auf die Oberseite der Quarzabdeckung 17 der Kammer 10 gewickelt, wie in FIG. 4 gezeigt. Die Spule 22 wird durch eine Hochfrequenzquelle 30 von 13 MHz mit einer Leistung von etwa 300 Watt pro Ampere Ionen des Gases erregt. Die Quelle 30 ist durch eine Leitung 38 mit dem äußeren Ende der Spule 22 an einem Anschluß 47 verbunden. Das andere Ende der Quelle 30 ist außerdem mit Masse verbunden, was den Schaltkreis vervollständigt. Das innere Ende der spiralförmigen Spule 22 ist an einem Anschluß 28 durch eine Leitung 46 über einen Schalter 48 und eine Leitung 39 mit einer Verbindungsstelle 29 auf der geerdeten Wand 31 der Vorrichtung 9, die sich auf elektrischer Masse befindet, verbunden.
Bezugnehmend auf FIG. 3, kann für Plasmen höherer Dichte eine magnetische Multipol-Begrenzung durch Magnete 32, die sich über der Abdeckung 17 auf der Oberfläche derselben befinden, benachbart zur Spule 22 hinzugefügt werden, um den Plasmaverlust zu der Abdeckung 17 zu reduzieren.
Der Schalter 48 überbrückt Leitungen 49 und 51, die einen Blindwiderstand seriell mit der HF-Spule 22 verbinden. Der Blindwiderstand 50 kann ein variabler oder fester Blindwiderstand sein, der je nach Wunsch kapazitiv oder induktiv ist, um die HF-Vorspannung auf das Plasma einzustellen. Die Verbindung des Blindwiderstands 50 seriell mit der Spule 22 zwischen dem Anschluß 28 und der Masseverbindung 29 wird für den Fall verwendet, in dem die HF-Spuie 22 allein, d.h. ohne Verwendung der HF-Vorspannung von der Quelle 24, eingesetzt wird. Der Blindwiderstand 50 ist in einem Fall von Nutzen, in dem die Verwendung einer HF-Induktion ohne die HF-Vorspannung von der Quelle 24 gewünscht ist. In diesem Fall kann die Ionenenergie über einen etwas kleineren Bereich von 10 eV bis 80 eV variiert werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Impedanz zu Masse variiert (von der Mitte der Spule 22 unter Umgehung der Leitung 39, wenn der Schalter 48 geöffnet ist, um den Schaltkreis nach Masse über den Blindwiderstand 50 und die Leitungen 49, 51 und 39 sowie die Verbindungsstelle 29 zu schließen) . Dies erlaubt es, von dem kleinsten Maß an kapazitiver Kopplung (äquivalent zur mittleren Windung 34, die auf HF-Massepotential liegt) mit einem Wert der kapazitiven Impedanz, der gleich der Hälfte der induktiven Impedanz der Spule ist, bis zu einer etwas höheren kapazitiven Kopplung zu gehen, wenn der Blindwiderstand 50 induktiv ist.
Bezugnehmend auf FIG. 4 beinhaltet die Spule 22 eine Spirale mit Anschlüssen, wobei Gewindelöcher Anschlüsse 28 beziehungsweise 47 für eine Verbindung der Leitungen 28 und 38 mit der Spule 22 beinhalten. Die gezeigte Spule 22 besitzt drei Windungen, wobei die zweite (mittlere) Windung 34 von einem Übergang 33 zu einem Übergang 35 wesentlich breiter ist, um die induktiven Qualitäten der Spule 22 zu verbessern. Sowohl die äußere Windung 36 als auch die innere Windung 37 weisen etwa die gleiche Breite auf. Der Vorteil dieses Entwurfs besteht darin, daß das Plasma unterhalb der zweiten (mittleren) Windung 34 gleichförmiger ist, als es mit einer Spule mit einer einheitlichen Breite wäre. Im allgemeinen läßt sich dieses Prinzip ungeachtet dessen, wie viele Windungen beteiligt sind, anwenden. Die Bedeutung der Variation der Breite (d.h. der Querschnittsfläche) besteht darin, daß die Induktivitäten der drei Windungen abgeglichen werden.
Die HF-Energie von der Spule 22 ionisiert das Gas in der Kammer 10 in ein ununterbrochenes Plasma zur additiven oder subtraktiven Bearbeitung des Wafers 11. Der Wafer 11 liegt auf der metallischen Basis 23. Die metallische Basis 23 kühlt den Wafer 11 mit elektrostatischer Klemmung und Pückseitenkühlung, die der Einfachheit der Darstellung halber nicht gezeigt sind, was sich jedoch für den Fachmann ohne weiteres versteht. Die Basis 23 ist mit einer HF-Vorspannungsquelle 24 bei einer Frequenz über etwa 13 MHz, vorzugsweise bei 40 MHz, verbunden, die zwischen dem Wafer 11 und dem Plasma eine HF-Vorspannung aufbaut, was zu einer Gleichspannungs-Vorspannung auf dem Wafer 11 führt. Die Verwendung von verschiedenen Frequenzen reduziert eine Koppiung zwischen den zwei Stromversorgungseinrichtungen. Die Hochfrequenz- HF-Vorspannung liefert eine monotonere Verteilung der Ionenenergie, so daß eine verbesserte Steuerung der Ionenenergie für eine bessere Selektivität der Ätzrate vorliegt.
Diese HF-Vorspannung stellt eine Ionenenergiesteuerung der Ionen aus dem Plasma bereit, da der HF-Pegel der Basis 23 durch die HF-Quelle 24 variiert wird. Ein Dunkelraum liegt über der Oberseite des Wafers 11 vor. Die Verwendung der HF-Spule 22 anstelle einer kapazitiv gekoppelten HF-Elektrode zur Erzeugung des Plasmas bietet den Vorteil der Reduzierung und Steuerung der kinetischen Energie der Ionen, die auf die Wände der Ummantelung 16 und auf den Wafer 11 auftreffen, wodurch die Beschädigung reduziert wird, die durch Ionen und Elektronen bei den hohen Energiepegeln auftreten kann, die für eine zur Verwendung mit dieser Vorrichtung beabsichtigte Plasmabearbeitung erforderlich sind. Dies liefert außerdem die Flexibilität der Einstellung der Ionenenergie gemäß den Erfordernissen des Prozesses.
In dem Absaugverteiler oder der Kammer 19 befinden sich zylindrische Wände einer vertikalen Abschirmung 25, die sich in der Kammer 19 von oben nach unten erstreckt, und eine kürzere Wand einer Abschirmung 26, die sich von der Unterseite der ringförmigen Basis 27 zur Unterseite der Kammer 19 erstreckt. Die Abschirmungen 25 und 26 sind enthalten, um geerdete Oberflächen bereitzustellen, die verhindern, daß sich das Plasma weit in den Verteiler 19 hinein erstreckt. Nylonschrauben 42 befestigen die Basis 23 an der Vorrichtung 9, wobei die O-Ring-Dichtung 41 die Kammer 10 gegenüber Atmosphäre abdichtet.
Zur Verwendung bei der Erzeugung des Plasmas geeignete Gase sind allgemein bekannt, und einige derselben sind als exemplarische Gase aufgelistet.
CCl&sub2;F&sub2; + 20 % SF&sub6;
C&sub3;F&sub8; + 16 % SF&sub6;
C&sub3;F&sub8;
CF&sub4;
O&sub2;
Ar + 10 % O&sub2;
FIG. 5 ist eine graphische Darstellung des Ionenstroms in Abhängigkeit von der HF-Leistung für drei Plasmabearbeitungssysteme. Eine Kurve steht für die HF-Leistung, die der in der momentanen Ausführungsform verwendeten Induktionsspule 22 zugeführt wird, wobei eine lineare Kurve erzeugt wird. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, steht die gestrichelte Kurve in FIG. 5 für ein System, bei dem das Plasma durch eine spezielle Elektronenzyklotronresonanz (ECR)-Vorrichtung erzeugt wird.
Die andere gestrichelte Kurve steht für ein System, bei dem das Plasma durch eine HF-Diode, d.h. kapazitiv gekoppelte HF, erzeugt wird. Es ist erkennbar, daß bei höheren Leistungspegeln die HF-Induktion einen weit höheren Ionenstrom bei einem gegebenen Leistungspegel zuzüglich einer linearen Anwachsrate erzeugt, was beides bevorzugte Eigenschaften sind. Der Ionenstrom geht mit zunehmender Leistung nicht in Sättigung, so daß sehr hohe Plasmadichten bei niedrigen kinetischen Ionenenergien erreicht werden können.
Dieses System und dieses Verfahren sind sowohl für Plasmaätzprozesse als auch für Plasmabeschichtungsprozesse von Nutzen, besonders auf Gebieten, wie bei hochintegrierten Halbleiterbauelementen und Verkapselungen für dieselben. Weitere Gebiete, die eine Mikrofertigung erfordern, finden ebenfalls Verwendung für diese Erfindung.
Bei einer Plasmaausheilung von Gateoxiden oder einer Oxidisolation sollten Spitze-zu-Spitze-Spannungen oberhalb der "K-alpha"- Energien von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die etwa bei 283, 401 beziehungsweise 532 liegen, vermieden werden.
Gleichzeitig ist eine hohe Dichte von atomarem und ionisiertem Wasserstoff erwünscht. Dies ist bei Verwendung von kapazitiv gekoppelter HF sehr schwierig zu erreichen, selbst in den Magnetron-Betriebsarten. Wir haben festgestellt, daß dies bei Verwendung eines induktiv gekoppelten HF-Plasmas ohne weiteres erreichbar ist.
Dieses System kann nasse HF-Lösungen zum Ätzen von Dünnschichten ersetzen.

Claims

1. Trockene Plasmabearbeitungsvorrichtung, die folgendes beinhaltet:

a) eine Kammer (10) zur Plasmabearbeitung mit einer äußeren Wand, wobei die Kammer wenigstens ein Werkstück (11) mit einer in einem Plasma zu bearbeitenden Oberfläche enthält; und

b) Induktionsmittel (22), die eine Induktionsspule zur Bereitstellung eines Hochfrequenz-Induktionsfeldes innerhalb der Kammer zur Erzeugung eines Plasma innerhalb der Kammer beinhalten, wobei die Induktionsspule an einem Ende der Kammer mit einem beträchtlichen Abstand von dem Werkstück angeordnet ist; und

c) Begrenzungsmittel (21) zur Bereitstellung eines Oberflächenmagnetfeldes, um das Plasma innerhalb der Kammer begrenzt zu halten; wobei die Begrenzungsmittel mehrere magnetische Dipole (21) beinhalten, deren Felder nach innen zum Inneren der Kammer hin gerichtet sind, mit abwechselnden Nord- und Südpolen in einer zylindrischen Anordnung zur magnetischen Begrenzung, wobei deren Felder sich im rechten Winkel zur vertikalen Achse der Kammer erstrecken, wobei das Oberflächenmagnetfeld im wesentlichen auf den an die äußere Wand angrenzenden Raum begrenzt ist, wobei sich das Oberflächenmagnetfeld vom Außeren der Kammer aus derart erstreckt, daß magnetische Feldspitzen (20) nahe der Peripherie der Innenseite der äußeren Wand bereitgestellt werden;

dadurch gekennzeichnet, daß sich das Werkstück an einem Ende der Kammer befindet und daß die Induktionsspule eine spiralförmige Evolventeninduktionsspule ist, die sich an dem anderen Ende auf dem Außeren der Kammer befindet; wodurch Elektronen, die sich in Richtung der Wände der Kammer bewegen, in das Innere derselben zurückreflektiert werden, um eine größere Gleichförmigkeit des Plasmas nahe des Werkstückes zu erzeugen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die des weiteren Hochfrequenzerregungsmittel (30) zur Bereitstellung einer HF-erzeugten Vorspannung für das Werkstück beinhaltet.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kammer (10) mit einem Ummantelungsmaterial (16) eingefaßt ist, das gegenüber einem Plasma im wesentlichen inert ist oder das Werkstück im wesentlichen nicht kontaminiert, und wobei sich die Induktionsmittel auf der Außenseite des Ummantelungsmaterials an dem Ende der Kammer, das dem Werkstück gegenüberliegt, befinden.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Mittel zum gleichmäßigen Einlassen eines Gases in die Kammer vorgesehen sind, die folgendes beinhalten:

a) Verteilermittel (14), die sich entlang des Umfangs der Kammer an dem Ende der Kammer, das dem Werkstück gegenüberliegt, befinden; und

b) Öffnungsmittel (15), die sich zwischen der Oberfläche der Kammer und den Verteilermitteln (14) befinden, um das Gas von den Verteilermitteln in die Kammer einzulassen;

wodurch das Gas von dem Verteiler mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Druck in die Kammer eingelassen wird, so daß das Plasma innerhalb der Kammer gleichförmig ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, die Mittel (32) zur Bereitstellung eines Oberflächenmagnetfeldes beinhaltet, die benachbart zu den Induktionsmitteln positioniert sind.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die Reaktanzmittel (50) beinhaltet, die seriell mit den Induktionsmitteln verbunden sind, wodurch eine mit Hochfrequenz erzeugte Vorspannung erzeugt und eingestellt werden kann.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die spiralförmige Evolventenspule (22) zwischen ihren Endwindungen einen größeren Querschnitt aufweist;

wodurch angrenzend an die Windungen mit größerem Querschnitt ein gleichförmigeres Plasma erzeugt wird als mit einer Windung mit gleichmäßigem Querschnitt.