DE69119672T2

DE69119672T2 - Plasmabearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE69119672T2
Application number: DE69119672T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Fukasawa Yoshi Fukasawa; Kenji Momose Kenji Momose
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2011-09-07
Also published as: KR920007101A; EP0474244A3; JPH04116926A; EP0474244B1; DE69119672D1; EP0474244A2; US5246529A; KR0155565B1; TW209929B; JP3004699B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plasmaverarbeitungsverfahren.
Wenn ein Werkstück mit einem Plasma bearbeitet werden soll, z.B. wenn ein auf einem Halbleitersubstrat gebildeter Dünnfilm mit einem Plasma geätzt werden soll, wird eine Vorrichtung mit einer Vakuumkammer verwendet, in der Parallelplattenelektroden untergebracht sind. Das Werkstück wird auf eine Elektrode aufgebracht und ein Plasmaerzeugungsgas wird in die Kammer eingeleitet. Eine Hochfrequenz-(RF)-Energie wird über die Elektroden angelegt, um aus dem Gas ein Plasma zu erzeugen und das Werkstück wird mit den erzeugten Plasma geätzt.
Kürzlich ist ein Niederdruck-Ätzverfahren angestrengt worden, bei dem ein Ätzvorgang unter einer Bedingung ausgeführt wird, daß ein Druck innerhalb der Vakuumkammer auf einen relativ niedrigen Pegel eingestellt wird, um eine chemische Ätzung, die zu einem anisotropen Ätzen beiträgt, zu steuern und um eine Ätzanisotropie zu verbessern. Bei einer derartigen Niederdruckbedingung ist allerdings die Dichte des Plasmaerzeugungsgases niedrig und es besteht die Tendenz, daß das Plasma nicht erzeugt wird, selbst wenn die RF-Energie über die Parallelplattenelektroden angelegt wird. Selbst wenn ein Plasma erzeugt wird, vergeht eine relativ lange Zeitperiode zur Stabilisation des erzeugten Plasmas. Das heißt, eine lange Anpassungszeit wird benötigt. Zusätzlich wird die Reproduzierbarkeit einer Plasmaerzeugung verschlechtert. Diese Tendenz wird typisch, wenn die RF- Energie verkleinert wird und/oder ein Zwischenelektrodenabstand oder Spalt kleiner gemacht wird.
Somit besteht eine hohe Nachfrage nach einem stabilen und schnellen Erzeugen eines Plasmas bei einem niedrigen Gasdruck, selbst wenn eine RF-Energie niedrig ist und ein Zwischenelektrodenabstand klein ist.
Das Dokument EP-A-0 200 481 offenbart einen PECVD-Prozeß, bei dem eine UV-Strahlung verwendet wird, um die Erzeugung eines Plasmas zu verbessern. Ferner wird gemäß der EP-A-0 216 603 ein Plasma in einem Mikrowellenreaktor erzeugt, der von der Prozeßkammer getrennt ist. Ein Magnetron ist vorgesehen, um Mikrowellen an den Reaktor zu liefern, dem ein Gas zugeführt wird, wobei der Prozeß durch einen Zünder gezündet wird, der UV-Licht aussendet.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen und ein Plasmaverarbeitungsverfahren bereitzustellen, welches ein stabiles Plasma bei einem niedrigen Druck schnell erzeugen kann, selbst wenn eine RF-Energie klein ist und ein Zwischenelektrodenabstand klein ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Plasma vorgesehen, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen einer Kammer, in der erste und zweite Elektroden parallel zueinander in einem Abstand angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Elektroden einen Plasmaerzeugungsbereich dazwischen definieren;
Evakuieren der Kammer;
Einleiten eines gewünschten Plasmaerzeugungsgases in den Plasmaerzeugungsbereich;
Strahlen von Licht mit einer spektralen Linie mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 436 nm auf das Gas in dem Plasmaerzeugungsbereich für eine vorgegebene Zeitperiode, um so eine Erzeugung eines Plasmas aus dem Plasmaerzeugungsgas abzuscheiden;
Anwenden einer Hochfrequenzenergie über die ersten und zweiten Elektroden nach der Bestrahlung des Lichts oder gleichzeitig, wenn das Licht abgeschaltet wird, wodurch das Plasma aus dem Plasmaerzeugungsgas erzeugt wird; und
Bearbeiten des Werkstücks mit dem erzeugten Plasma.
Diese Erfindung läßt sich vollständiger aus der folgenden eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Ansicht, die eine Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt, die zum Ausführen eines Verfahrens der Erfindung verwendet wird;
Figur 2 ein Blockschaltbild, welches eine Plasmabearbeitungsvorrichtung zeigt, die mit Beladungsverriegelungskammern versehen ist;
Figur 3 ein Zeitdiagramm zum Erläutern von Betriebsvorgängen zum Erzeugen eines Plasmas;
Figur 4 einen Graph, der eine Chlorwasserstoffgas- Flußratenabhängigkeit einer Ätzrate zeigt;
Figur 5 einen Graph, der eine Abhängigkeit einer Gesamtflußrate (Chlorwasserstoffgas und Bromwasserstoffgas) von der Ätzrate zeigt; und
Figur 6 einen Graph, der eine RF-Energie-Abhängigkeit der Ätzrate zeigt.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben Studien durchgeführt, um ein Verfahren zum Erzeugen eines stabilen Plasmas bei einer hohen Geschwindigkeit und bei einem niedrigen Druck unter Verwendung von in einer Vakuumkammer angeordneten Parallelplattenelektroden, selbst wenn eine RF- Energie niedrig und ein Zwischenelektrodenabstand oder Spalt ist, zu entwickeln. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die Tatsachen berücksichtigt, daß Carbontetrachlorid(CCl&sub4;)-Gas, welches als ein herkömmliches Plasmaerzeugungsgas, beispielsweise ein Ätzgas verwendet wird, reguliert werden kann und das Bromwasserstoff (HBr) und seiner Mischung mit einem anderen Gas große Aufmerksamkeit als Ätzgase erfahren haben. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, daß Bromwasserstoffgas überhaupt kein Plasma bei einem niedrigen Druck erzeugt, selbst wenn eine RF-Energie über die Parallelplattenelektroden angelegt wird. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben ferner Studien durchgeführt und herausgefunden, daß ein stabiles Plasma aus einem Gas, welches Bromwasserstoff enthält, innerhalb einer kurzen Zeitperiode erzeugt werden kann, wenn Licht mit einer spezifischen Wellenlänge auf das Gas gestrahlt wird und dann eine RF-Energie darauf angewendet wird. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Erzeugung eines Plasmas aus einem Gas, welches Bromwasserstoff enthält, bei einem niedrigen Gasdruck und ferner ermöglicht sie die Erzeugung eines stabilen Plasmas aus den anderen Gasen.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend eingehend beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Verwendung einer Vakuumkammer, in der parallele Plattenelektroden in einem Abstand angeordnet sind. Ein Werkstück ist in der Kammer angeordnet. Beispielsweise wird es auf eine der parallelen flachen Elektroden angebracht. Die Kammer wird auf einen minimalen möglichen Druck von beispielsweise 1 x 10&supmin;³ Torr evakuiert, bevor ein Plasmaerzeugungsgas in die Kammer eingeleitet wird.
Nachdem die Kammer evakuiert ist, wird ein Plasmaerzeugungsgas, beispielsweise ein Ätzgas, darin eingeleitet. Das Plasmaerzeugungsgas wird gemäß der Bearbeitungszwecke gewählt. Beispielsweise wird für ein Plasma-CVD ein Gas oder ein Mischgas verwendet, welches ein gewünschtes Reaktionsprodukt auf das Werkstück ablagern kann. Für eine Plasmaätzung wird ein Gas oder ein Mischgas verwendet, welches ein Targetmaterial, welches auf der Oberfläche des Werkstücks positioniert ist, mit einem aus dem Gas erzeugten Plasma ätzen kann. Ein Beispiel des Ätzgases ist vorzugsweise Bromwasserstoff oder seine Mischung mit dem anderen Gas oder Gasen, obwohl andere Gase von der vorliegenden Erfindung profitieren können. Ein mit Bromwasserstoff zu mischendes Gas umfaßt Chlorwasserstoffgas, Sauerstoffgas, Chlorgas und/oder Schwefelhexafluorid-(SF&sub6;)- Gas. Das Ätzgas, welches Bromwasserstoff enthält, kann mit Hehum oder dem ähnlichen Gas verdünnt werden. Das Ätzgas, welches Bromwasserstoff enthält, kann einen Polysiliziumfilm, einen Wolframsilizid-/Polysilizium-Laminatfilm oder einen Molybdensilizid-/Polysilizium-Laminatfilm, die auf einem Siliziumoxid- oder Nitridfilm auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, mit einer hohen Selektivität ätzen. Als eine Ätzmaske kann ein Fotolack oder Siliziumdioxid verwendet werden.
Eine Gesamtflußrate des in die Kammer eingeleiteten Gases ist vorzugsweise 400 SCCM (Standard-Kubik-Zentimeter pro Minute) oder weniger. Der Druck des eingeleiteten Gases kann eingestellt werden, so daß er 1 Torr oder weniger ist.
Nachdem das Plasmaerzeugungsgas in die Kammer geliefert ist, wird das Gas mit Licht mit einer spezifischen Wellenlänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor einer Anwendung einer RF-Energie bestrahlt. Dieses Licht sollte eine Spektrallinie mit einer Wellenlänge von 436 nm oder weniger aufweisen und sollte im wesentlichen Spektrallinien mit Wellenlängen über 436 nm aufweisen. Ein gewünschter Effekt kann nicht erhalten werden, wenn Licht auf das Gas aufgestrahlt wird, welches 436 nm übersteigt. Das in der Erfindung verwendete Licht kann von einer kommerziell erhältlichen Niederdruck-Quecksilberdampflampe ausgesendet werden. Die Niederdruck-Quecksilberlampe ist eine Entladungslampe, in der ein Quecksilberdampf in einer Vakuumglasröhre eingeschlossen ist und ein interner Dampfdruck auf ungefähr mehrere mtorr eingestellt ist. Licht von der Niederdruck-Quecksilberlampe kann als mehrere zehn Spektrallinien beobachtet werden, die im Bereich des ultravioletten Bereichs zum Bereich sichtbaren Lichts liegen. Von diesen Spektrallinien ist die Spektrallinie mit einer Wellenlänge von 254 nm die stärkste und belegt 92% oder mehr von der gesamten Strahlung. Die Spektrallinie bei 436 nm ist die zweitstärkste.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Lichtbestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Auslöser dient, der eine Plasmaerzeugung aus dem Plasmaerzeugungsgas einleitet. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich deutlich von der herkömmlichen Plasmaerzeugungstechnik (Fotoätzung), bei der Gasanregungsteilchen, wie beispielsweise Quecksilber, mit ultravioletter Strahlung angeregt wird und die angeregten Teilchen das Gas zum Erzeugen eines Plasmas anregen, und wobei eine kontinuierliche ultraviolette Strahlung während der Erzeugung eines Plasmas ohne die Anwendung einer RF- Energie erforderlich ist (siehe beispielsweise die EP-A-0 220 481). Insbesondere müssen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anregungsteilchen nicht in das Plasmaerzeugungsgas gemischt werden. Um ein Plasma zu erzeugen, muß das Gas nur in einem Impuls oder unmittelbar (z.B. 10 Sekunden oder weniger) mit Licht bestrahlt werden, bevor oder gleichzeitig wenn die RF-Energie angewendet wird. Nach der Anwendung der RF-Energie zum Erzeugen eines Plasmas und nachdem das Plasma stabilisiert ist (z.B. nach einer Zeit t&sub2; in Figur 3, die nachstehend noch beschrieben wird), wird eine weitere Lichtbestrahlung nicht benötigt. Allerdings kann das gepulste Licht nach der Anwendung der RF-Energie ausgestrahlt werden. In jedem Fall kann das Licht nach der Stabilisation des Plasmas, welches gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, abgeschaltet oder ausgeschaltet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muß das Auslöselicht nur auf irgendeinen Teil des Gases in dem Plasmaerzeugungsbereich, der zwischen den parallelen Plattenelektroden innerhalb der Kammer definiert ist, eingeleitet, z.B. aufgestrahlt werden, und das Auslöselicht wird in einer solchen Weise ausgestrahlt, um diesen Zweck zu erreichen.
Bei einer oder während einer Ausstrahlung des Auslöselichts wird die RF-Energie über die parallelen Plattenelektroden angelegt, um ein Plasma zu erzeugen. Die RF-Energie kann eine Frequenz aufweisen, die in den Bereich von 13,56 MHz bis zu der Frequenz einer M-Welle fällt. Die RF-Energie fällt vorzugsweise in den Bereich von 50 bis 500 W. Im Fall einer M-Welle können die parallelen Elektroden weggelassen werden, wobei nur die Quelle einer M-Welle benötigt wird.
Der Abstand zwischen den parallelen Plattenelektroden kann 1 cm oder kleiner sein, und die Temperatur des Werkstücks, z.B. eines Wafers, wird vorzugsweise so gehalten, daß sie in den Bereich zwischen 20 bis 130ºC fällt. Um die Werkstücktemperatur so einzustellen, daß sie in den obigen Bereich fällt, kann die Elektrode, die das Werkstück hält, gekühlt werden. Wenn der Plasmaerzeugungs-Gasdruck so eingestellt ist, daß er 1 Torr oder weniger ist, und die RF- Energie so eingestellt ist, daß sie 400 W oder weniger ist, läßt sich feststellen, daß ein Plasma selten erzeugt wird, außer wenn das Auslöselicht aufgestrahlt wird, selbst wenn der Abstand zwischen den Elektroden auf 1 cm oder kleiner eingestellt wird.
Das Werkstück wird dem erzeugten Plasma ausgesetzt und eine Bearbeitung, beispielsweise eine Ablagerung oder Ätzung wird auf dem Werkstück durch das erzeugte Plasma ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben.
Figur 1 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in Figur 1 gezeigte Plasmabearbeitungsvorrichtung weist eine Bearbeitungskammer 11 auf, die darin einen eingeschlossenen hermetisch abgeschlossenen Bereich definiert. Die Bearbeitungskammer 11 ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt, dessen Oberfläche eloxiert ist.
Eine untere Elektrode 12 ist in dem unteren Abschnitt innerhalb der Bearbeitungskammer 11 angeordnet. Die untere Elektrode 12 kann aus Aluminium gebildet sein, dessen Oberfläche eloxiert ist. Die Elektrode 12 ist fast flach und weist einen im Querschnitt trapezförmigen zentralen Abschnitt zum Haltern eines Werkstücks 15 darauf auf. Das zu bearbeitende Werkstück 15 kann beispielsweise ein Halbleiterwafer sein. Ein Abschnitt um die Elektrode 12 herum, mit Ausnahme der Oberfläche, die das Werkstück haltert, ist vorzugsweise mit einem isolierenden Material wie beispielsweise Teflon (Markenzeichen) beschichtet, um einen Fokussierungseffekt einer Fokussierung der Entladung auf der Oberfläche des Werkstücks 15 zu verbessern, wenn das Werkstück 15 auf die Elektrode 12 plaziert wird.
Die untere Elektrode 12 ist mit einer Hebeeinrichtung 13 verbunden und kann mit einem maximalen Hub von beispielsweise 30 mm vertikal belegt werden. Der hermetische Zustand des Bereichs über der Elektrode 12 wird durch eine Ausdehungsmanschette 14 aufrechterhalten, die beispielsweise aus SUS-rostfreiem Stahl hergestellt ist.
Beispielsweise sind vier Durchlöcher in der unteren Elektrode 12 gebildet. Vier Hebestifte 16, die beispielsweise aus SUS- rostfreiem Stahl gebildet sind, sind jeweils in diese Durchlöcher eingepaßt Die Hebestifte 16 sind mit einem Hebemechanismus 18 über eine Platte 17 verbunden. Die Hebestifte 16 werden beim Ansteuern des Hebemechanismus 18 vertikal bewegt. Wenn der Hebemechanismus 18 außer Betrieb gehalten wird, wird die Platte 17 durch eine Spulenfeder 19 nach unten gedrückt und die Stifte 16 befinden sich unter der Oberfläche der Elektrode 12.
Ein Druckelement, z.B. ein Klemmring 20 ist über der Elektrode 12 angeordnet, um das Werkstück 15 auf der Oberfläche der unteren Elektrode 12 gleichmäßig anzudrücken und zu befestigen.
Der Klemmring 20 ist aus einem Material hergestellt, welches das Plasma nicht ungünstig beeinflußt, beispielsweise Oberflächen-eloxiertes Aluminium, Quartz oder Keramik. Wenn die untere Elektrode 12 an dem Klemmring 20 anliegt und weiter nach oben bewegt wird, wird der Klemmring 20 beispielsweise um 5 mm bewegt, während eine vorgegebene Vorspannkraft auf die Elektrode 12 angewendet wird. Insbesondere wird der Klemmring 20 von einer Vielzahl (z.B. vier) von Wellen 21 gehalten, die sich hermetisch durch den oberen Abschnitt in der Kammer 11 erstrecken, und die Wellen 21 sind jeweils mit einem Antriebsmechanismus wie beispielsweise Luftzylindern 22 (Luftdrucke davon können unabhängig eingestellt werden) verbunden, um dadurch den Klemmring 20 vertikal anzutreiben.
Ein leitendes Element 23 ist am Oberteil der Kammer 11 angebracht. Dieses leitende Element 23 ist aus Oberflächeneloxiertem Aluminium gebildet. Eine obere Elektrode 24 ist in einem Abstand von dem leitenden Element 23 mit einem kleinen Raum 25 dazwischen angeordnet und ist elektrisch mit dem leitenden Element 23 verbunden. Die obere Elektrode 24 kann beispielsweise aus amorphem Kohlenstoff oder Aluminium gebildet sein, welches Oberflächen-eloxiert ist.
Ein Gaszuführungsrohr 26 steht mit dem Raum 25 in Verbindung. Das Gaszuführungsrohr 26 liefert Gase (z.B. ein Ätzgas, ein Trägergas), welche von außerhalb der Kammer 11 angeordneten (nicht dargestellten) Gaszuführungsquellen geliefert werden, an den Raum 25 durch Strömungssteuereinrichtungen, beispielsweise Massen-Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) Eine Vielzahl von Prallplatten 27, die jeweils eine Vielzahl von Öffnungen zum gleichmäßigen Verteilen des Gases aufweisen, sind in dem Raum 25 angeordnet. Eine Vielzahl von Löchern 28 sind in der oberen Elektrode 24 gebildet, um zu bewirken, daß das von dem Prallplatten 27 verteilte Gas in die Kammer 11 hineinströmt.
Ein Abschirmungsring 29, der aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Teflon hergestellt ist, ist in dem Umfangsabschnitt der oberen Elektrode 24 gebildet. Ein Plasma kann erzeugt werden, so daß es einen Durchmesser aufweist, der ungefähr der gleiche wie derjenige des zu bearbeitenden Werkstücks 15 ist.
Eine RF-Energiequelle 30 ist außerhalb der Kammer 11 zum Erzeugen eines Plasmas zwischen der oberen und unteren Elektrode 24 und 12 angeordnet. In diesem Fall und wie in Figur 1 gezeigt kann die obere Elektrode 24 als eine Hochspannungselektrode dienen, und die untere Elektrode 12 kann als eine Masse (31) dienen, so daß der Plasmamodus eingestellt werden kann, um eine Radikalätzung durchzuführen. Alternativ kann die untere Elektrode 12 als die Hochspannungselektrode eingerichtet werden und die obere Elektrode 24 mit Masse verbunden werden, um so einen Modus für eine reaktive lonenätzung einzustellen. Ferner können über die Elektroden 24 und 12 RF-Energien angelegt werden, die in der Phase um 1800 unterschiedlich sind.
Eine Auslöselichtquelle, beispielsweise eine Niederdruck- Quecksilberlampe 32, wie voranstehend beschrieben, ist außerhalb der Kammer 11 angeordnet, um Auslöselicht auf den Plasmaerzeugungsbereich zwischen den oberen und unteren Elektroden 24 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung zu strahlen. Licht von der Auslöselichtquelle 32 wird auf das Plasmaerzeugungsgas innerhalb des Plasmaerzeugungsbereichs durch ein Fenster 34 gestrahlt, welches in der Wand der Kammer 11 gebildet ist. Ein Plasmaendpunkt-Detektor 33 ist angeordnet, so daß er dem Fenster 34 gegenüberliegt.
Um den Plasmaerzeugungsbereich zu evakuieren ist eine Gasauslaßöffnung 35 in dem unteren Abschnitt der Kammer 11 gebildet, und die Kammer wird durch diese Öffnung 35 von einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe evakuiert.
Wie in Figur 2 dargestellt, können ladende und entladende Ladeverriegelungskammern 41 und 42, die in einem Vakuumzustand gebracht werden können, mit den gegenüberliegenden Seitenflächen der Kammer 11 durch Gatter, die geöffnet werden können, gekoppelt sein, um das Werkstück 15 wie beispielsweise einen Halbleiterwafer an die Kammer 11 zuzuführen. Diese Ladungsverriegelungskammern sind Fachleuten altbekannt und sie sind auf den Seitenflächen der Kammer 11 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsoberfläche in Figur 1 angeordnet angebracht.
Ein Betrieb zum Ausführen einer Plasmaätzung unter Verwendung der in Eigur 1 gezeigten Vorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Jedes Werkstück 15 wird von einem Versender (nicht dargestellt) aufgenommen und in der beladenden Ladeverriegelungskammer 41 von der athmosphärischen Luft abgeschlossen. Durch einen Transportmechanismus (nicht dargestellt) wird das Werkstück 15 über der unteren Elektrode 12 in der Kammer 11 angeordnet. Die Hebestifte 16 werden nach oben bewegt, um den Wafer 15 auf ihren entfernten Enden aufzunehmen. Nachdem der Transportmechanismus entfernt ist, wird die Kammer 11 hermetisch abgeschlossen. Die Hebestifte 16 werden nach unten bewegt, um den Wafer 15 auf der unteren Elektrode 12 zu plazieren, und die untere Elektrode 12 wird nach oben bewegt. Der Umfangsabschnitt des Wafers 15, der auf der unteren Elektrode 12 plaziert ist, wird mit dem Klemmring 20 in Kontakt gebracht und befestigt.
Die Kammer 11 wird dann evakuiert und ein vorgegebenes Gas wird von dem Gaszuführungsrohr 26 in die Kammer 11 bei einem vorgegebenen Druck, z.B. 1 Torr oder weniger, geliefert.
Die Quecksilberlampe 32 wird eingeschaltet, um Auslöselicht auf das Gas in dem Plasmaerzeugungsbereich zu emittieren. Diese Auslöselichtbestrahlung kann wie voranstehend beschrieben nach der Stabilisation eines Plasmas gestoppt werden.
Über die untere und obere Elektrode 24 und 12 wird eine RF- Energie angewendet, um ein Plasma zu erzeugen, wodurch ein gewünschter Prozeß ausgeführt wird, beispielsweise ein Ätzvorgang auf dem Wafer 15.
Der EIN-Betrieb der Quecksilberlampe und die EIN-Zeitgabe der RF-Energie zusammen mit den Plasmaerzeugungszuständen sind in Figur 3 gezeigt. Eine EIN-Zeit t&sub0; der Quecksilberlampe wird vor einer RF-EIN-Zeit t&sub1;, aber nach der Zuführung des Plasmaerzeugungsgases, eingestellt. Wenn eine RF-Energie angelegt wird (t&sub1;), beginnt eine Plasmaerzeugung. Wenn eine kurze Zeitperiode (Anpassungszeit) T zur Zeit t&sub2; abläuft, geht das Plasma in einen stabilen Bereich über. In Figur 3 wird die Quecksilberlampe EIN-geschaltet gehalten, nachdem das Plasma stabilisiert ist. Allerdings muß die Quecksilberlampe nicht EIN-geschaltet gehalten werden. Die Quecksilberlampe kann zur Zeit t&sub2; nach einer Plasmastabilisation ausgeschaltet werden. Es ist wesentlich, ein Auslöselicht auf das Gas zu strahlen, bevor oder gleichzeitig wenn die RF-Energie angewendet wird.
Nach Abschluß eines Ätzvorgangs wird die untere Elektrode 12 nach unten bewegt, während die Kammer 11 evakuiert wird. Der Wafer 15 wird auf die Hebestifte 16 plaziert und der Wafer wird durch die entladende Ladeverriegelungskammer 42 entladen.
Ferner kann mit Hilfe eines in Figur 1 gezeigten Magneten 36 während einer Plasmaerzeugung ein Ätzen bei einem niedrigen Druck noch weiter effizient ausgeführt werden.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mit näheren Einzelheiten mittels ihrer experimentellen Beispiele beschrieben. In diesen Beispielen wurde eine Vorrichtung verwendet, die der in Eigur 1 gezeigten ähnlich ist.

Experimentelles Beispiel 1

Plasmaerzeugungszustände wurden unter den in Tabelle 1 geschriebenen Bearbeitungsbedingungen A, B und C überprüft, als die Niederdruck-Quecksilberlampe 32 EIN-geschaltet (gemäß der voranstehend beschriebenen Erfindung) und AUS-geschaltet war, und als eine Eluoreszenzlampe als Vergleichsbeispiele EIN-geschaltet und AUS-geschaltet wurde, und Anpassungszeiten T wurden gemessen. Tabelle 1 Bearbeitungsbedingungen16/1Druck RF-Energie Zwischenelektroden-spalt Bearbeitungsgas
Auffolgende Daten sei hingewiesen: Klemmdruck: 5 kg/cm²; He- Flußrate 5 SCCM; He-Druck: 3 Torr; und Temperaturen der oberen/unteren Elektrode: 40/60ºC.
Die Leichtigkeit einer Plasmaanregung ist in der Reihenfolge von A > B > C.
Experimentelle Ergebnisse im Fall der Fluoreszenzlampe sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 Durchlauf Bedingung EIN AUS Durchschnitt Sek.
Hinweis: * Anpassungsausfall, bei dem ein Plasma innerhalb von 20 Sekunden nicht erzeugt wird.
Wie man aus Tabelle 2 erkennen kann, wird, wenn die Fluoreszenzlampe EIN-geschaltet ist, im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Lampe AUS-geschaltet ist, zu einem gewissen Grad eine Verbesserung festgestellt. Allerdings wird die Anpassungszeit verlängert, wenn die Bearbeitungsbedingung sich verschlechtert. Insbesondere treten in der Bedingung C Anpassungsausfälle auf.
Experimentelle Ergebnisse unter Verwendung der Quecksilberlampe für die Bedingungen B und C sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Durchlauf Bedingung EIN AUS Sek.
*) wie in Tabelle 2
Wenn die Niederdruck-Quecksilberlampe eingeschaltet wird, konnte wie aus Tabelle 3 ersichtlich eine Anpassung innerhalb von kurzen Zeitperioden hergestellt werden, selbst bei den Bedingungen B und C. Infolgedessen wurde eine gute Reproduzierbarkeit erreicht und Plasmen konnten in zehn Experimenten erzeugt werden.

Experimentelles Beispiel 2

Folgende drei Typen von UV-Lampen, die von Hamamatsu Photonics Corp., Japan erhältlich sind, wurden für die Niederdruck-Quecksilberlampe 32 verwendet, um Experimente auszuführen. Die Strahlungsausgangsintensitäten dieser Lampen wurden als die Lichtintensitäten der Wellenlänge von 254 nm an einer Position im Abstand von 1 m von der Lichtquelle gemessen. Typ der Lampe Strahlungsausgangsintensität
Unter Verwendung dieser drei Typen von Lampen wurde der Klemmdruck wie im experimentellen Beispiel 1 eingestellt.
Allerdings waren der Innenkammerdruck, die RF-Energie und der Zwischenelektrodenspalt unterschiedlich ((a) bis (f) ) zu denjenigen im experimentellen Beispiel 1, wodurch Anpassungszeiten T gemessen wurden.

(a) Zwischenelektrodenspalt = 0,55 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 4 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Bearbeitungsgases von HCl/HBr = 200/30 SCCM erhalten. Tabelle 4 RF-Energie Druck (mtorr) Sek.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Markierung "-" aus den Tabellen 4 bis 9 anzeigt, daß innerhalb von 10 Sekunden keine Plasmaerzeugung auftrat.

(b) Zwischenelektrodenabstand = 0,7 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 5 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Verarbeitungsgases von HCl/HBr -200/30 SCCM erhalten. Tabelle 5 RF-Energie Druck (mtorr) Sek. anomale Entladung

(c) Zwischenelektrodenspalt = 0,55 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 6 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Bearbeitungsgases von HCl/HBr = 200/100 SCCM erhalten. Tabelle 6 RF-Energie Druck (mtorr) 200 400 600 Sek.

(d) Zwischenelektrodenspalt = 0,7 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 7 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Bearbeitungsgases von HCl/HBr = 200/100 SCCM erhalten. Tabelle 7 RF-Energie Druck (mtorr) Sek.

(e) Zwischenelektrodenspalt = 0,55 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 8 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Bearbeitungsgases von HCl/HBr = 200/200 SCCM erhalten. Tabelle 8 RF-Energie Druck (mtorr) Sek.

(f) Zwischenelektrodenspalt = 0,7 cm

Die folgenden Ergebnisse in Tabelle 9 wurden unter der Bearbeitungsbedingung des Bearbeitungsgases von HCl/HBr = 200/200 SCCM erhalten. Tabelle 9 RF-Energie Druck (mtorr) Sek.

Experimentelles Beispiel 3

In jedem oben beschriebenen experimentellen Beispiel wurde HCl mit HBr als ein Verarbeitungsgas kombiniert, da die Verwendung von CCl&sub4; reguliert werden kann, und HBr hat als Ersatz dafür große Aufmerksamkeit empfangen. Deshalb wurde dieses Beispiel durchgeführt, um optimale Bearbeitungsbedingungen für HBr zu erhalten.
Im experimentellen Beispiel 3 wurden verschiedene Prozesse unter Verwendung von HBr experimentell durchgeführt.
< Poly-Si anisotropischer Prozeß mit hoher Selektivität>
Ätzbedingungen
Druck: 500 mTorr, Spalt: 0,5 cm
RF-Energie: 200 W
Gas: HCl/HBr = 200/30 SCCM
Klemmdruck: 5 kg/cm²
He-Flußrate: 5 SCCM, He-Druck: 3 Torr
Temperaturen der oberen/unteren Elektrode = 40/60ºC
Ätzeigenschaften
Die folgenden Ätzeigenschaften wurden unter den obigen Bedingungen erhalten.
Ätzrate: 3000 Å/min ± 5%
Selektivität gegenüber Siliziumdioxid: 30 oder mehr
Selektivität gegenüber einem Fotolack (P.R) : 7 oder mehr
< HCl-Flußratenabhängigkeit>
Unter den obigen Prozeßbedingungen wurden Ätzraten (Å/min) von SiO&sub2;, Poly-Si und P.R gemessen, während nur die HCl- Flußrate verändert wurde, und die Meßergebnisse sind in Figur 4 gezeigt.
Wenn wie in Figur 4 gezeigt die Flußrate des HBr auf 30 SCCM festgelegt ist, wird die Poly-Si-Ätzrate (E/R) maximal, wenn die Flußrate von HCl nahezu 200 SCCM ist. Wenn ein Ätzvorgang mit einer hohen Selektivität in Bezug zu den Ätzraten von anderen Schichten ausgeführt werden soll, wird die Flußrate von HBr in Bezug zu HCl vorzugsweise auf 50% oder weniger im Volumenverhältnis eingestellt.
< Gesamtflußraten-Abhängigkeit>
Ätzraten (Å/min) wurden gemessen, während die Gesamtflußrate von HBr und HCl verändert wurde, während HBr: HCl = 1:1,67 eingestellt war und andere Bedingungen die gleichen wie die voranstehend beschriebenen waren.
Meßergebnisse sind in Figur 5 gezeigt.
Ätzraten von Poly-Si und SiO&sub2; werden maximal, wenn die Gesamtflußrate nahezu 180 SCCM ist. Um eine hohe anisotrope Ätzung sicherzustellen, wird die Gesamtflußrate vorzugsweise auf 400 SCCM oder weniger eingestellt.
< RF-Energie-Abhängigkeit>
Ätzraten (Å/min), die erhalten wurden, wenn die RF-Energie so eingestellt wurde, daß sie mit der obigen Bearbeitungsbedingung übereinstimmt, während HBr/HCl = 30/200 SCCM beibehalten wurde, wurden gemessen. Die Meßergebnisse sind in Figur 6 gezeigt.
Um eine hohe anisotrope Ätzung bereitzustellen fällt die RF- Energie vorzugsweise in den Bereich von 50 bis 500 W.
Der Anwendungsbereich des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Plasmaätzung beschränkt, sondern kann auf andere Prozesse (z.B. ein Plasma-CVD-Verfahren, eine Ionenquelle in einer Sputtervorrichtung) zum Erzeugen eines Plasmas und zur Verarbeitung von Objekten erweitert werden.
Wie voranstehend beschrieben wurde, wird gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Licht mit Spektrallinien mit einer Wellenlänge von 436 nm oder weniger auf ein Gas gestrahlt, um eine Plasmaanregungs-Auslösung zu erreichen. Die Anpassungszeit, die benötigt wird, bis ein Plasma bei einer Anwendung einer RF-Energie stabilisiert ist, kann verkürzt werden, selbst unter einer Bedingung eines niedrigen Drucks und einer niedrigen RF-Energie, die eine Erzeugung eines Plasmas erschwert. Deshalb kann ein Plasma mit einer guten Reproduzierbarkeit erzeugt werden.

Claims

1. Verfahren zum Ätzen eines Werkstücks (15) mit einem Plasma, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen einer Kammer (11), in der eine erste und eine zweite Elektrode (12, 24) parallel zueinander in einem Abstand angeordnet sind, wobei die erste und zweite Elektrode dazwischen einen Plasmaerzeugungsbereich definieren;

Evakuieren der Kammer (11);

Einleiten eines gewünschten Plasmaerzeugungsgases in den Plasmaerzeugungsbereich;

Strahlen von Licht mit einer Spektrallinie mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 436 nm auf das Gas in dem Plasmaerzeugungsbereich für eine vorgegebene Zeitperiode, um so eine Erzeugung eines Plasmas aus dem Plasmaerzeugungsgas auszulösen;

Anwenden einer Hochfrequenz-Energie über die erste und zweite Elektrode nach dem Bestrahlen des Lichts, wodurch das Plasma für das Plasmaerzeugungsgas erzeugt wird; und

Ätzen des Werkstücks (15) mit dem Plasma.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von einer Niederdruck-Quecksilberlampe (32) ausgestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaerzeugungsgas einen Druck von nicht mehr als 1 Torr aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht für nicht länger als 10 Sekunden ausgestrahlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Energie über die erste und zweite Elektrode (12, 24) nach der Bestrahlung mit dem Licht angewendet wird, und das Licht abgeschaltet wird, nachdem das erzeugte Gas stabilisiert ist.

6. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (15) mit einem Plasma, umfassend die folgenden Schritte:

Evakuieren der Kammer (11);

Strahlen von Licht mit einer Spektrallinie mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 436 nm auf das Gas in dem Plasmaerzeugungsbereich für eine vorgegebene Zeitperiode, um so eine Erzeugung des Plasmas aus dem Plasmaerzeugungsgas auszulösen;

Anwenden einer Hochfrequenz-Energie über die erste und zweite Elektrode, nachdem eine Bestrahlung des Lichts oder gleichzeitig wenn das Licht abgeschaltet wird, wodurch ein Plasma aus dem Plasmaerzeugungsgas erzeugt wird; und

Bearbeiten des Werkstücks (15) mit dem Plasma.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von einer Niederdruck-Quecksilberlampe (32) ausgestrahlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaerzeugungsgas einen Druck von nicht mehr als 1 Torr aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht für nicht länger als 10 Sekunden ausgestrahlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Energie in einen Bereich von 50 bis 500 W fällt.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung ein Ätzen des Werkstücks (15) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaerzeugungsgas Bromwasserstoffgas enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaerzeugungsgas ferner wenigstens ein Gas enthält, welches aus der Gruppe gewählt ist, die aus Chlorwasserstoffgas, Sauerstoffgas, Chlorgas und Schwefelhexafluoridgas besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaerzeugungsgas mit Helium verdünnt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (15) einen Halbleiterwafer umfaßt, der auf seiner Oberfläche einen Polysilizium- oder Siliziumnitrid-Eilm aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (15) einen Halbleiterwafer umfaßt, der auf seiner Oberfläche einen Wolfram-Silizid-/Polysilizium- oder einen Molybdensilizid-/Polysilizium-Laminatfilm aufweist.