DE69206187T2 - Gerät für Plasmaverfahren. - Google Patents

Gerät für Plasmaverfahren.

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DE69206187T2 DE69206187T DE69206187T DE69206187T2 DE 69206187 T2 DE69206187 T2 DE 69206187T2 DE 69206187 T DE69206187 T DE 69206187T DE 69206187 T DE69206187 T DE 69206187T DE 69206187 T2 DE69206187 T2 DE 69206187T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats unter Verwendung eines Plasmas, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert. Eine derartige Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats, während ein Plasma verwendet wird, ist aus der JP-A-60 010 731 bekannt und umfaßt eine Bearbeitungskammer, eine Einrichtung zum Haltern eines Substrats, eine Erzeugungseinrichtung für ein elektrisches Feld hoher Frequenz, eine Einrichtung zum Einleiten eines Bearbeitungsgases, eine Elektronenzuführungskammer und eine Elektronenerzeugungseinrichtung. Hier besitzt die Elektronenerzeugungseinrichtung einen herkömmlichen Aufbau all ein Elektronenstrahl-Bestrahlungssystem. Sie erzeugt Elektronen, die von der Elektronenzuführungskammer entlang eines Verbindungspfades, d.h. einem Loch zwischen der Elektronenzuführungskammer und der Bearbeitungskammer in die Bearbeitungskammer hineintreten.
  • Derartige Vorrichtungen werden zur Ausführung des Ätz- oder Filmherstellungsprozesses im Verlauf einer Herstellung von Halbleitereinrichtungen in einer Plasmaatmosphäre beispielsweise verwendet.
  • Derartige Bearbeitungsvorrichtungen, wie beispielsweise Plasmaätz- und CVD-Vorrichtungen, bei denen Plasmaatmosphäre in einer Vakuumbearbeitungskammer erzeugt wird, um darin aufgenommene zu bearbeitende Substrate mittels eines Plasmas zu bearbeiten, werden herkömmlicherweise im Verlauf einer Herstellung von Halbleitern verwendet. Die Vorrichtungen dieser Art sind dafür vorgesehen, daß durch eine Plasmaerzeugungseinrichtung erzeugte Plasma eines reaktiven Gases zu verwenden und den Ätz- oder Filmbildungsprozeß auf Halbleiterwafer in der Vakuumbearbeitungskammer anzuwenden.
  • Da Halbleitereinrichtungen feiner hergestellt werden, ist es erforderlich, daß die Halbleiterwafer durch den Plasmaprozeß feiner bearbeitet werden können. Um dies zu erreichen, muß das Reaktionsgas bei einem hohen Wirkungsgrad zu einem Plasma gemacht werden, während der Vakuumgrad in der Vakuumbearbeitungskammer höher gehalten wird.
  • Da der Grad eines Vakuums in der Bearbeitungskammer höher und höher gemacht wird, wird die Wahrscheinlichkeit, daß Gaspartikel mit Elektronen kollidieren, weiter reduziert. Wenn der Grad eines Vakuums in der Bearbeitungskammer hoch gemacht wird, wird es deshalb schwierig, daß das Reaktionsgas effizient zu einem Plasma durch die Bearbeitungsvorrichtung des planaren Plasam-Typs oder die allgemein verwendete RIE- Vorrichtung gemacht wird. Dies macht es für diese herkömmlichen Vorrichtung unmöglich, einen vollständig feinen Prozeß auf die Halbleiterwafer anzuwenden.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Bearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der das Magnetronplasma- oder ECR-System Verwendung findet. Das Magnetronplasmasystem umfaßt eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes parallel zu den Halbleiterwafern, und es ist dafür vorgesehen, daß durch das so erzeugte magnetische Feld und durch ein zu dem magnetischen Feld senkrechtes elektrisches Feld eine Magnetronentladung erzeugt wird. Andererseits ist das ECR-System dafür vorgesehen, einen Plasmafluß entlang eines Diffusionsfelds, welches durch ein magnetisches Feld erzeugt wird, zu diffundieren.
  • Im Fall des Magnetronplasmasystems kann jedoch Reaktionsgas unter einem gewissem Vakuumbetrag zu einem Plasma gemacht werden, aber es ist schwierig, es unter einem hohen Vakuumgrad effizient in ein Plasma zu bringen. Im Fall es ECR-Systems muß die Größe der Vorrichtung vergrößert werden, wodurch ihre Kosten höher sind.
  • Die vorliegende Erfindung beabsichtigt deshalb die Beseitigung der voranstehend erwähnten Nachteile.
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
  • - eine Plasmavorrichtung bereitzustellen, die eine kleinere Größe aufweist, aber das Bearbeitungsgasplasma selbst unter einem hohen Vakuumgrad effizient und bei einer kleineren Leistung als 100 W als eine praktische Betriebszielsetzung erzeugen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Plasmavorrichtung gelöst, wie im Anspruch 1 definiert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats unter Verwendung eines Plasmas bereitgestellt werden, die umfaßt: eine Bearbeitungskammer, die einstellbar ist, um hoch dekomprimiert zu sein; eine Einrichtung zum Haltern des Substrats in der Bearbeitungskammer; eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Felds mit einer hohen Frequenz in der Bearbeitungskammer; eine Einrichtung zum Einleiten von Bearbeitungsgas, welches zu einem Plasma gemacht werden soll, in die Bearbeitungskammer; eine Elektronenzuführungskammer, die mit der Bearbeitungskammer über einen Pfad verbunden ist; eine Elektronenerzeugungseinrichtung, die in der Elektronenzuführungskammer angeordnet ist; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Einleitungsmagnetfelds in dem Pfad, um Elektronen aus der Elektronenzuführungskammer in die Bearbeitungskammer hinein einzuleiten; eine Anziehungselektrode zum Anziehen der in der Elektronenzuführungskammer erzeugten Elektronen und eine DC- Energiequelle zum Anwenden einer Spannung zwischen der Elektronenerzeugungseinrichtung und der Anziehungselektrode.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum Atzen eines Halbleiterwafers unter Verwendung von Plasma bereitgestellt werden, die umfaßt: eine Bearbeitungskammer, die einstellbar ist, so daß sie hoch dekomprimiert ist; eine Einrichtung zum Haltern des Wafers in der Bearbeitungskammer; ein Paar von in der Bearbeitungskammer angeordneten parallelen Elektroden, wobei die Halterungseinrichtung auf einer gegenüberliegenden Oberfläche einer der parallelen Elektroden gebildet ist; eine Hochfrequenzenergiequelle zum Anwenden einer Hochfrequenzspannung über dem Paar paralleler Elektroden, um ein elektrisches Feld mit hoher Frequenz senkrecht zu der Bearbeitungsfläche des Wafers in der Bearbeitungskammer zu erzeugen; eine Einrichtung zum Einleiten von Ätzgas, welches in ein Plasma gebracht werden soll, in die Bearbeitungskammer; eine Elektronenzuführungskammer, die mit der Bearbeitungskammer über einen Pfad verbunden ist; eine Elektronenerzeugungseinrichtung, die in der Elektronenzuführungskammer angeordnet ist; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Einleitungsmagnetfelds in dem Pfad, um Elektronen von der Elektronenzuführungskammer in die Bearbeitungskammer hinein einzuleiten; eine Anziehungselektrode zum Anziehen der in der Elektronenzuführungskammer erzeugten Elektronen und eine DC- Energiequelle zum Anwenden einer Spannung zwischen der Elektronenerzeugungseinrichtung und der Anziehungselektrode.
  • Es ist wünschenswert, daß ein Absperrventil in dem Pfad angeordnet ist, um ihn zwischen der Bearbeitungskammer und der Elektronenzuführungskammer zu öffnen und zu schließen. Eine Spule oder ein Permanentmagnet kann beispielsweise als die Erzeugungseinrichtung für das Einleitungsmagnetfeld verwendet werden. Mehrere Elektronenzuführungskammern können bereitgestellt werden, um Elektronen gleichförmig in die Bearbeitungskammer einzuleiten. Eine elektrostatische Ablenkungsplatte, die als eine andere Einrichtung zum gleichmäßigen Einleiten von Elektronen in die Bearbeitungskammer dient, kann sich an dem Elektroneneinlaß befinden. Die Richtung, in die Elektronen eingeleitet werden, kann durch diese elektrostatische Ablenkungplatte eingestellt werden.
  • Wenn sie Elektronen in der Elektronenzuführungskammer erzeugen kann, kann irgendeine Einrichtung als die Elektronenerzeugungseinrichtung verwendet werden. Eine thermionische Entladungseinrichtung mit einem Draht oder eine Glimmentladungseinrichtung mit einem Gasentladungselement können beispielsweise verwendet werden.
  • Gemäß der Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die wie voranstehend beschrieben angeordnet ist, können Elektronen mit niedriger Energie, die durch die Elektronenerzeugungseinrichtung erzeugt werden, durch ein Einleitungsfeld in die Bearbeitungskammer eingeleitet werden, die höher dekomprimiert gehalten wird. Die so eingeleiteten Elektronen tragen zu einer Aktivierung und Zersetzung des Reaktionsgases bei, welches in die Bearbeitungskammer zugeführt wird, indem es in ein Plasma gebracht wird. Deshalb kann das Bearbeitungsgas effizienter in ein Plasma gebracht werden, selbst unter einem höheren Vakuumgrad und ein gewünschter Prozeß kann effizienter auf Substrate angewendet werden, die bearbeitet werden sollen.
  • Diese Erfindung läßt sich vollständiger aus der folgenden eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 schematisch den Hauptabschnitt der Plasmaätzvorrichtung in Vergrößerung;
  • Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht, die die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht, die die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Einige Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Figur 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und Figur 2 zeigt den Hauptabschnitt der Plasmaätzvorrichtung vergrößert.
  • Die Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, in der ein Plasma verwendet wird, umfaßt eine Vakuumbearbeitungskammer 3, die ein aus Al hergestellter Kasten ist, der mit einem Reaktionsgas-Zuführungsrohr 1 und einem mit einer Ansaugeinrichtung 2a verbundenen Auslaßrohr 2 versehen ist. Ein Paar Aufnehmer 5 und 6 liegen einander gegenüber, um darauf in der Bearbeitungskammer 3 Substrate oder Halbleiterwafer 4 zu halten. Der untere Aufnehmer 6 ist mit einer Hochfrequenzenergiequelle 7 verbunden, während der obere 5 geerdet ist. Auch die Bearbeitungskammer 3 ist gerdet. Der Druck in der Bearbeitungskammer 3 ist auf 1,33 x 10&supmin;² - 1,33 x 10&supmin;¹ Pa (1 x 10&supmin;&sup4; - 1 x 10&supmin;³ Torr) eingestellt.
  • Zwischen den Aufnehmern 5 und 6 in der Bearbeitungskammer 3 wizd durch die Hochfrequenzenergiequelle 7 eine Plasmaentladung erzeugt. Ein in die Bearbeitungskammer 3 durch das Zuführungsrohr 1 zugeführtes Reaktionsgas wird somit in ein Plasma gebracht, um eine Plasmaatmosphäre in der Bearbeitungskammer 3 zu erzeugen.
  • Ein Elektroneneinlaß 8 ist an einer Seitenwand der Bearbeitungskammer 3 gebildet. Eine Elektronenzuführungskammer 10 ist über ein Absperrventil 9 mit dem Elektroneneinlaß 8 verbunden.
  • Ein Draht 11, der als eine Elektronenerzeugungseinrichtung dient, ist in der Elektronenzuführungskammer 10 angeordnet, die sich zu dem Elektroneneinlaß 8 erstreckt. Eine Leistung (beispielsweise 10A und 15-20V) wird von einer AC- Energiequelle 12, die sich außerhalb der Elektronenzuführungskammer 10 befindet, an den Draht 11 angelegt, um Thermionen oder thermische Elektronen zu erzeugen. Der Draht 11 kann durch eine DC-Energiequelle erwärmt werden.
  • Ein Spulenmagnet 13 und eine Elektrode 13a, die mit einer zentralen Öffnung mit einem Durchmesser von 3-10 mm versehen sind, wobei jede von ihnen als eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Felds zur Einleitung von Elektronen dient, sind benachbart zu dem Elektroneneinlaß 8 in der Elektronenzuführungskammer 10 angeordnet. Eine DC- Energiequelle 14 (mit beispielsweise 20-30V) ist mit der Anodenseite der Elektrode 13a und mit der Kathodenseite mit den Draht 11 verbunden. Die Elektrode 13a und die Anodenseite der DC-Energiequelle 14 sind mit Nasse verbunden. Wenn von der AC-Energiequelle 12 an den Draht 11 eine elektrische Energie angelegt wird, während der Spulenmagnet 13 erregt gehalten wird (oder deren Mittenmagnetfeld in einem Bereich von 5 x 10&supmin;² - 6 x 10&supmin;² Tesla (500 - 600 Gauss gehalten wird)), wird deshalb eine Entladung zwischen dem Draht 11 und der Elektrode 13a verursacht, um Elektronen mit niedriger Energie zu erzeugen. Diese Elektronen bewegen sich an die Elektrode 13a, während sie entlang des Magnetfelds A, welches durch den Spulenmagnet 13 erzeugt wird, in die Bearbeitungskammer 3 eingeleitet und geführt werden (sh. Figur 2).
  • Isolationselemente 16 befinden sich zwischen der Elektronenzuführungskammer 10 und der Bearbeitungskammer 3 und ferner zwischen der Elektronenzuführungskammer 10 und einer Drahtbefestigungsplatte 15. Eine Auslaßöffnung 17 der Elektronenzuführungskammer 10 ist mit einer Ansaugeinrichtung 17a verbunden, wodurch ermöglicht wird, die Elektronenzuführungskammer 10 in einem Vakuum von 13,3 Pa (10&supmin;¹ Torr) zu halten.
  • Im Fall der Plasmaätzvorrichtung, die wie voranstehend beschrieben aufgebaut ist, werden Elektronen mit niedriger Energie, die durch den Draht 11 erzeugt werden, entlang des durch den Spulenmagnet 13 verursachten Magnetfelds A in die Bearbeitungskammer 3 hinein eingeleitet. Die so in der Bearbeitungskammer 3 eingeleiteten Elektronen aktivieren das in die Bearbeitungskammer 3 durch das Zuführungsrohr 1 zugeführte Reaktionsgas. Eine Plasmaentladung wird deshalb durch einen Hochfrequenzstrom oder Energie, die von der Hochfrequenzenergiequelle 7 über die Aufnehmer 5 und 6 angelegt wird, erzeugt. Die Halbleiterwafer 4 werden durch Ionen, Elektronen und neutrale aktive Bestandteile in dem so erzeugten Plasma geätzt.
  • Die Einleitung von Elektronen in die Bearbeitungskammer 3 kann kontinuierlich ausgeführt werden, während der Plasmaprozeß durchgeführt wird, oder es kann vorgesehen werden, daß Elektronen in die Bearbeitungskammer 3 zur Zeit eines Betriebsstarts und einer Durchführung einer Plasmaentladung eingeleitet werden, und daß das Absperrventil 9 dann geschlossen wird, um die Zuführung von Elektronen zu stoppen.
  • Obwohl in dem voranstehend beschriebenen Fall die Aufnehmer 5 und 6 gegenüberliegend zueinander angeordnet worden sind, kann nur der untere Aufnehmer 5 verwendet werden oder ein zusätzlicher Aufnehmer auf einer Seite der oberen und unteren gegenüberliegenden Aufnehmer 5 und 6 angeordnet werden.
    • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Figur 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die zweite Plasmaätzvorrichtung umfaßt eine unterschiedliche Elektronenerzeugungseinrichtung. Insbesondere ist die Elektronenerzeugungseinrichtung ein elektrisches Gasentladungselement 18, welches an derjenigen Seite der Elektronenzuführungskammer 10 angebracht ist, die dem Elektroneneinlaß 8 der Bearbeitungskammer 3 gegenüberliegt. Da Gasentladungselement 18 umfaßt eine aus Ta hergestellte Elektrode 18 und einen aus LaB&sub6; hergestellten Draht 18b.
  • Inaktives Gas, beispielsweise Argon (Ar) oder Helium (He) wird von einer (nicht dargestellten) Gaszuführungsquelle in das Gasentladungselement 18 eingeführt. Es wird bevorzugt, Ar-Gas zu verwenden. Die DC-Energiequelle 14 (beispielsweise 40V) ist in der gleichen Weise wie in der voranstehend beschreibenen ersten Ausführungsform zwischen das Gasentladungselement 18 und die Elektrode 13a geschaltet.
  • Andere Komponenten der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform. Deshalb werden sie mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung von ihnen erübrigt sich.
    • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Figur 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die dritte Plasmaätzvorrichtung ist angeordnet, um gleichmäßig Elektronen, die durch die Elektronenerzeugungseinrichtung erzeugt werden, in die Bearbeitungskammer einzuführen. Insbesondere werden Elektroneneinlässe 8 und 8 an beiden oberen Ecken der Bearbeitungskammer 3 gebildet und die Elektronenzuführungskammer 10 ist mit jeder dieser Elektroneneinlässe 8 und 8 verbunden. Der Draht 11, der als die Elektronenerzeugungseinrichtung dient, ist in jeder der Elektronenzuführungskammern 10 angeordnet. Obwohl nur ein unterer Aufnehmer 6 in der Bearbeitungskammer 3 in diesem Fall angeordnet worden ist, kann der obere Aufnehmer 5 gegenüberliegend zu dem unteren 6 angeordnet werden, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
  • Andere Komponenten der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen. Deshalb werden sie mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung von ihnen wird weggelassen.
  • Wenn die dritte Plasmaätzvorrichtung wie voranstehend beschrieben angeordnet ist, können Elektronen, die von den zwei Elektronenzuführungskammern 10 in die Bearbeitungskammer 3 eingeleitet werden, gleichmäßig gehalten werden. Dies ermöglicht dem Plasma, bei einem höhere Wirkungsgrad erzeugt zu werden und dem Halbleiterwafer oder den Wafern 4 auch bei einem höhere Wirkungsgrad geätzt zu werden.
  • Obowohl an beiden oberen Ecken der Bearbeitungskammer 3 zwei Elektroneneinlässe 8 und 8 gebildet worden sind und die Elektronenzuführungskammern mit ihnen in dem dritten Beispiel verbunden worden sind, können sie an irgendwelchen zwei optionalen Positionen der Bearbeitungskammer 3 angeordnet werden. Oder sie können an drei oder mehreren Positionen davon gebildet werden. Obwohl die Drähte 11 in dem dritten Beispiel als die Elektronenerzeugungseinrichtung verwendet worden sind, können sie durch die elektrischen Gasentladungselemente 18 ersetzt werden, die in dem zweiten Beispiel verwendet werden.
    • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Figur 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Plasmaätzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Gemäß dieser vierten Ausführungsform ist eine Elektronenzuführungsquelle zu der Bearbeitungskammer 3 der Magnetron-Plasmaätzvorrichtung hinzugefügt. Eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 19, die ein Magnetfeld parallel zu dem Halbleiterwafer 4 erzeugt, befindet sich auf der Bearbeitungskammer 3. Magnetische und elektrische Felder werden auf der Oberfläche des Halbleiters 4 senkrecht zueinander erzeugt, so daß eine Magnetronentladung verursacht wird. Der Elektroneneinlaß 8 ist an einer Seite der Bearbeitungskammer 3 gebildet und die Elektronenzuführungskammer 10 ist mit dem Elektroneneinlaß 8 verbunden. Die Elektronenerzeugungseinrichtung (oder der Draht) 11 befindet sich in der Elektronenzuführungskammer 10. Über dem Aufnehmer 6 ist eine Abdeckungselektrode 20 vorgesehen, die mit Masse verbunden ist.
  • Wenn ein Magnetronplasma in dieser Weise verwendet wird, kann ein Plasma mit höherer Dichte unter einem höheren Vakuum erzeugt werden, um im Vergleich mit der herkömmlichen Magnetron-Plasmaätzvorrichtung einen feineren Prozeß zu erzielen
  • Andere Komponenten der vierten Ausführungsform sind die gleichen wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen. Sie sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung von ihnen erübrigt sich. Ferner kann anstelle des Drahts 11 in der vierten Ausführungsform das elektrische Gasentladungselement 18 in der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Ferner kann die vierte Ausführungsform mehrere Elektronenzuführungskammern aufweisen, wie in der dritten Ausführungsform gezeigt.
  • Tests wurden durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Vakuumgrad und einer Plasmaentladung in der Plasmabearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zu überprüfen. Die zweite Plasmaätzvorrichtung, die in Figur 3 gezeigt ist, wurde verwendet, aber die Bearbeitungskammer 3 wies in diesem Fall nur den unteren Aufnehmer 6 auf.
  • Der Vakuumgrad in der Bearbeitungskammer 3 wurde auf 5,32 x 10&supmin;¹, 1,33 x 10&supmin;¹ und 0,665 x 10&supmin;¹ Pa (4 m, 1 m und 0,5 m Torr) eingestellt. Die effektive Leistung (W) einer Plasmaentladung wurde auf 0,2, 0,5, 0,7, 3,5, 8 und 10W eingestellt. Das Absperrventil wurde offen gehalten und geschlossen. Chlorgas wurde als das Reaktionsgas verwendet.
  • Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Aus den obigen Testergebnissen wurde festgestellt, daß selbst wenn der Vakuumgrad in der Bearbeitungskammer 3 extrem hoch gemacht wird, durch eine Einleitung von Elektronen mit niedriger Energie in die Bearbeitungskammer 3 hinein eine Plasmaatmosphäre erzeugt werden kann. Dies bedeutet, daß die Halbleiterwafer 4 mittels des Plasmas feiner bearbeitet werden können. Ferner kann die erforderliche effektive Plasmaentladungsleistung im Vergleich mit der herkömmlichen Vorrichtung viel geringer gemacht werden. Beispielsweise erfordert eine herkömmliche Atzvorrichtung eine effektive Leistung von mehr als 1000 W und die herkömmliche Magnetron- Plasmaätzvorrichtung benötigt eine effektive Leistung von ungefähr 500 W. Die gleichen Tests wurden in dem Fall durchgeführt, bei dem anstelle der Elektronenerzeugungseinrichtung der Draht 11 verwendet wurde. Die gleichen Ergebnisse wurden auch in diesem Fall erzielt. TABELLE 1 Vakuumgrad (mTorr) Pa Absperrventil Effektive Plasmaentladungsleistung (W) geöffnet geschlossen Plasmaentladung verfügbar Plasmaentladung nicht verfügbar
  • Die vorliegende Erfindung kann auch auf diejenigen Vorrichtungen angewendet werden, bei denen der obere Aufnehmer 5 mit der Hochfrequenzenergiequelle 7 verbunden ist, während der untere 6 mit Masse verbunden ist. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf andere Plasmabearbeitungsvorrichtungen, beispielsweise die Plasma- CVD-Vorrichtung angewendet werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats, während einer Plasma verwendet wird, umfassend:
a) eine Bearbeitungskammer (3), die ein Vakuum erreichen kann;
b) eine Einrichtung (5, 6) zum Haltern des Substrats (4) in der Bearbeitungskammer;
c) eine Einrichtung (5, 6, 7) zum Erzeugen eines elektrischen Felds einer hohen Frequenz in der Bearbeitungskammer;
d) eine Einrichtung (1) zum Einleiten eines Bearbeitungsgases, welches in ein Plasma gebracht werden soll, in die Bearbeitungskammer;
e) eine Elektronenzuführungskammer (10), die mit der Bearbeitungskammer durch einen Pfad (8) verbunden ist;
f) eine Elektronenerzeugungseinrichtung (11; 18), die in der Elektronenzuführungskammer angeordnet ist, zum Erzeugen von Elektronen, die von der Elektronenzuführungskammer entlang des Pfades in die Bearbeitungskammer treten;
gekennzeichnet durch
g) eine Anziehungselektrode (13a) zum Anziehen der in der Elektronenzuführungskammer erzeugten Elektronen, wobei die Anziehungselektrode (13a) benachbart zu dem Pfad angeordnet ist und eine Öffnung aufweist, durch die Elektronen treten;
h) eine DC-Energiequelle (14) zum Anlegen einer Spannung zwischen die Elektronenerzeugungseinrichtung (11, 18) und die Anziehungselektrode (13a), so daß die Anziehungselektrode (13a) ein höheres elektrisches Potential als das der Elektronenerzeugungseinrichtung (11, 18) aufweist; und
i) eine Einrichtung (13) zum Erzeugen eines Führungsmagnetfelds (A) in dem Pfad, um die Elektronen von der Elektronenzuführungskammer (10) in die Bearbeitungskammer (3) hinein zu führen, umfassend einen Spulenmagneten (30), der um die Anziehungselektrode herum angeordnet ist, so daß sich die durch die Elektronenerzeugungseinrichtung (11; 18) erzeugten Elektronen zu der Anziehungselektrode (13a) bewegen, während sie entlang des Führungsmagnetfelds (A), welches durch den Spulenmagneten (13) erzeugt wird, in die Bearbeitungskammer (3) eingeleitet und geführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenerzeugungseinrichtung eine thermionische Entladungseinrichtung umfassend einen Draht (11) und eine Energiequelle (12) zum Anlegen einer Spannung an den Draht, um ihn zu erwärmen, ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenerzeugungseinrichtung eine Glimmentladungseinrichtung umfassend ein Gasentladungselement (18) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Absperrventil (19) in dem Pfad (8) befindet, um ihn zwischen der Bearbeitungskammer (3) und der Elektronenzuführungskammer (10) zu öffnen und zu schließen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer einen leitenden Kasten (3) umfaßt, der so eingestellt ist, daß er ein höheres Potential als das der Elektronenzuführungseinrichtung (11; 18) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine andere Elektronenzuführungskammer (10) umfaßt, die im wesentlichen vom gleichen Typ wie der der Elektronenzuführungskammer ist und mit der Bearbeitungskammer (3) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes mit hoher Frequenz umfaßt: ein Paar Elektroden (5, 6), die in der Bearbeitungskammer angeordnet sind und eine Hochfrequenzenergiequelle (7) zum Anlegen einer Hochfrequenzspannung über das Paar Elektroden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (5, 6) eine Einrichtung zum Haltern eines Halbleiterwafers (4) umfaßt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Entlüftungseinrichtung (17a) umfaßt, die mit der Elektronenzuführungskammer (10) verbunden ist und ihr ermöglicht, unabhängig von der Bearbeitungskammer (3) ein Vakuum zu erreichen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Anziehungselektrode (13a) einen Durchmesser von 3 bis 10 mm aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenmagnet und die Anziehungselektrode eine gemeinsame zentrale Achse besitzen, die sich in eine gegebene Richtung erstreckt und eine Ebene senkrecht zu der gemeinsamen zentralen Achse die Anziehungselektrode und die Einrichtung zum Erzeugen des Führungsmagnetfelds halbiert.
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