DE69416489T2

DE69416489T2 - Mikrowellenplasma-Bearbeitungsvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE69416489T2
Application number: DE69416489T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kakutani; Mitsuru Katamoto; Hironobu Kawahara; Hideki Kihara; Katsuyoshi Kudo; Yoshiaki Sato; Minoru Soraoka; Tsuyoshi Umemoto; Tooru Yukimasa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2014-11-11
Also published as: KR100388584B1; KR950015620A; JPH07142444A; EP0653775B1; US5861601A; TW266307B; DE69416489D1; EP0653775A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenpläsma-Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11. Insbesondere betrifft sie eine Mikrowellenplasma-Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren, die besonders geeignet sind, ein Plasma unter Verwendung von Mikrowellen zu erzeugen und Proben, wie Halbleiter-Bauteil-Substrate usw. einer Plasmabearbeitung, wie einem Ätzverfahren, einem Filmbildungsvorgang usw., zu unterwerfen.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine konventionelle Mikrowellenplasma-Bearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren sind aus EP-A-0 478 283 bekannt, die eine Blende, die eine Mikrowellenanpassungsfunktion aufweist, offenbart, die in einem kreisförmigen Wel lenleiter angeordnet ist, wobei die Anpassung durch Regeln der Blendenöffnung hergestellt wird.
Von EP-A-0 115 970 ist bekannt, daß Schlitzplatten in einem kreisförmigen Wellenleiter verwendet werden können, um ein gleichmäßiges Plasma zu bilden. Weitere Mikrowellenplasma-Bearbeitungsvorrichtungen sind aus EP-A- 0 264 913, EP-A-0 460 690 und US-A-5,006,192 bekannt.
Als eine weitere konventionelle Mikrowellenplasma-Bearbeitungsvorrichtung ist die bekannt, die z. B. in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 133322/1992 offenbart ist. Die Vorrichtung ist derart, daß der Wellenleiter eine nahezu zylindrische Form aufweist, eine Entladungskammer, die an den Wellenleiter über ein gasdichtes Mikrowellenübertragungsfenster verbunden ist, in einem Entladungsblock, der aus einem Hohlzylinder aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist, gebildet ist, der in einem Konus in Richtung, in der die Mikrowellen sich ausbreiten, vergrößert ist, und ein Plasma einer hohen Dichte durch die Wechselwirkung eines Magnetfelds, das in einer Entladungskammer durch eine Luftkernspule erzeugt wird, die auf der Außenseite des Entladungsblockes bereitgestellt ist, und ein mikrowellenelektrisches Feld in der Entladungskammer über den Wellenleiter eingeführt wird, um die Gleichmäßigkeit des Verfahrens zu verbessern.
Der oben erwähnte Stand der Technik beachtet jedoch nicht den Modus der Mikrowellen, die in die Entladungskammer eingeführt werden, den Plasmawiderstand der inneren Wand der Entladungskammer und die Änderung in den Prozeßkennlinien während der kontinuierlichen Bearbeitung. Das bedeutet, es wurde nicht genügend Beachtung der Einführung der elektrischen Feldlinien der Mikrowellen, die sich durch den Wellenleiter in die Entladungskammer fortpflanzen, geschenkt, und außerdem sind die Gleichmäßigkeit des Plasmas und der Wirkungsgrad der Plasmaerzeugung nicht zufriedenstellend. Gemäß des Standes der Technik ist weiterhin der Entladungsblock aus einem nichtma gnetisch elektrisch leitenden Material wie Aluminium hergestellt. Wenn das zu ätzende Material aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist, wird ein Halogengas als Ätzgas verwendet. Wenn ein derartiges Gas in ein Plasma umgesetzt wird, wird nicht nur das zu bearbeitende Material, sondern auch die inneren Wandoberflächen des Entladungsblockes, der die Entladungskammer bildet, durch die aktiven Komponenten im Plasma geätzt. Außerdem ändert sich die Bearbeitung mit der Zeit aufgrund eines Anstiegs der Temperatur des Entladungsblockes der Plasmaerzeugungskammer während der Bearbeitung mit Plasma und aufgrund der Adhäsion von Reaktionsprodukten, die während der Bearbeitung mit Plasma erzeugt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrowellenplasma- Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen und ein Bearbeitungsverfahren, das für eine stabile Durchführung der Bearbeitung mit einem Plasma geeignet ist und einen Zustand beibehält ohne jede Änderung der Bearbeitungsqualität im Laufe der Zeit, selbst wenn ein Material kontinuierlich zu bearbeiten ist, um den Mikrowellenmodus, der in die Entladungskammer der Vorrichtung eingeführt wird, zu optimieren, was ein gleichmäßiges Plasma bei hoher Dichte erzeugen kann, ohne eine Ätzung eines Entladungsblockes durch das Plasma zuzulassen. Der Stand der Technik schlägt unterschiedliche einzelne Näherungen vor, um diese Aufgabe zu erreichen.
Die oben erwähnte Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 11 erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein plasmaresistentes Schutzteil auf der inneren Wand des Entladungsblockes gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Entladungsblock mit einem Heizer, von dem die Temperatur eingestellt werden kann, ausgestattet.
Der Betrieb der Erfindung wird unten beschrieben.
Mikrowellen, die durch den kreisförmigen Wellenleiter sich ausbreiten, werden in dem Raum davon durch Abstimmittel abgestimmt, wobei die Form davon optimal für die Impedanzanpassung eingestellt ist, die in einem gleichmäßigen und höchst wirksamen Zustand in den Entladungsblock über ein Mikrowelleneingangsfenster eingeführt wird, und ein Verarbeitungsgas, das auf einen vorbestimmten Druck durch ein Gasversorgungsmittel und Evakuierungsmittel gesteuert wird, wird in einen gleichmäßigen Plasmazustand bei hoher Dichte durch die Wechselwirkung zwischen einem mikrowellenelektrischen Feld, das wirkungsvoll eingeführt wird, und einem Magnetfeld, das durch eine Induktionsspule erzeugt wird, überführt. Dies ermöglicht, die Verarbeitungsqualität weiter zu verbessern.
Durch das Vorsehen eines Schutzteils, das auf den inneren Wandflächen des Entladungsblocks gebildet ist, wird der Entladungsblock weiterhin nicht geätzt, selbst wenn ein Material, das zu bearbeiten ist, das gleiche Material des Entladungsblockes aufweist und mit einem Plasma, das in dem Entladungsblock erzeugt wird, bearbeitet wird. Deshalb wird die Verarbeitung mit einem Plasma mit guter Verarbeitungsqualität unabhängig von dem Material, das zu verarbeiten ist, durchgeführt.
Darüber hinaus kann durch Bereitstellen des Entladungsblockes mit einem Heizer die Temperatur davon eingestellt werden, und durch Anwenden eines Verfahrens wird ein zu bearbeitendes Substrat mit einem Plasma bearbeitet, während eine Plasmaerzeugungskammer auf einer vorbestimmten konstanten Temperatur gehalten wird; nachdem das zu bearbeitende Substrat mit einem Plasma bearbeitet ist und von der Bearbeitungskammer übertragen ist, wird das Innere der Bearbeitungskammer mit einem Plasma ohne Anordnen irgendeines zu bearbeitenden Substrats auf einem Probenhalter gereinigt; ein neues zu bearbeitendes Substrat wird in die Bearbeitungskammer, nachdem die Reinigung mit einem Plasma beendet ist, eingeführt; und das neue zu bearbeitende Substrat wird dann bearbeitet, wobei die Bearbeitungskammer saubergehalten werden kann, und eine stabile Plasmabearbeitung kann kontinuierlich durchgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Mikrowellenplasma- Bearbeitungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Mikrowellenplasma- Bearbeitungsvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Schlitzantenne der Fig. 2;

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Struktur einer Mikrowellenplasma- Bearbeitungsvorrichtung zeigt. In diesem Fall wird die Vorrichtung zum Ätzen verwendet, das ein Verfahren mit einem Plasma ist.
In Fig. 1 ist eine Bearbeitungskammer 1 ein Behälter, der z. B. aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und darin einen Raum aufweist. Die Bearbeitungskammer 1 weist eine kreisförmige Öffnung im oberen Abschnitt davon auf und eine Abgasöffnung 11, die in dem unteren Abschnitt davon gebildet ist. Ein Evakuierungsmittel ist mit der Abgasöffnung 11 verbunden. Das Evakuierungsmittel umfaßt in diesem Fall ein Drucksteuerventil 12, eine Turbomolekularpumpe 13, ein Heißventil 14 und eine Rotationspumpe 15, die mit der Abgasöffnung 11 in der erwähnten Reihenfolge über eine Leitung verbunden sind. Ein Druckdetektor 17 (Penning-Meßgerät) zur Erfassung eines hohen Vakuumgrades ist über ein Ventil 16 mit der Abgasöffnung 11 vor dem Drucksteuerventil 12 verbunden. Darüber hinaus ist ein Membranvakuummeßgerät (nicht gezeigt) zur Erfassung des Druckes während der Bearbeitung an der Abgasöffnung 11 vor dem Drucksteuerventil 12 angebracht. Der Innenraum der Bearbeitungskammer 1 wird durch Schleusenventile 18, die aus Faltenbalgen hergestellt sind, aufgeteilt. Mit den Schleusenventilen 18 sind Hebeantriebseinheiten 19 gekoppelt.
Die Öffnung in dem oberen Abschnitt der Bearbeitungskammer 1 ist mit einem Träger ausgestattet und ein Wafer-Halter 19 ist auf dem Träger angeordnet und gehalten. Der Wafer-Halter 19 kann von mechanischer Art sein, wie dieser Mechanismus, oder kann von elektrostatischer Anziehungsart sein, der den Wafer elektrisch sichert.
Ein hohler zylindrischer Entladungsblock 3 ist gasdicht auf der Öffnung des oberen Abschnitts der Bearbeitungskammer 1 über einen ringförmigen Grundflansch 2 montiert. Der Entladungsblock 3 hat eine innere Oberfläche, die sich nach unten vergrößernd (in der Zeichnung) mit einem Winkel von 10 bis 30º mit Bezug auf die axiale Richtung konisch erweitert, und hat in diesem Fall eine Vielzahl (20-50) von Gaseinblasöffnungen 32, die gleichmäßig entlang dem Umfang der inneren Oberfläche in dem oberen Abschnitt davon (in der Zeichnung) gebildet sind. Die innere Oberfläche des Entladungsblocks 3 ist konisch, so daß das Plasma gleichmäßig diffundiert, um gleichmäßig das Substrat, das zu bearbeiten ist, zu bearbeiten. Der Konuswinkel ist vorzugsweise klein, so daß sich der Modus des elektrischen Feldes nicht ändert oder andere elektrische Feldmoden nicht ansteigend während des Mikrowellenflusses durch den Entladungsblock 3 eintreten. Wenn das elektrische Feld der Mikrowelle den Modus TE&sub1;&sub1; oder einen Modus nahe dazu aufweist, ist die Größe des Konuswinkels von 1,5 bis 2,0 D in einer Position des Substrats, das zu bearbeiten ist und von 0,5 bis 1,5 D in einer Position des Mikrowelleneingangsfensters wünschenswert, und die Höhe dazwischen ist von 1,0 bis 1,5 D, wobei D der Durchmesser des Substrats ist. Der Entladungsblock 3 ist aus nichtmagnetischem elektrisch leitenden Material wie Aluminium, nichtmagnetischem rostfreien Stahl oder dergleichen hergestellt. Ein Schutzteil, das ein plasmafestes Material ist, ist auf der inneren Oberfläche des Entladungsblockes 3 gebildet. Das plasmafeste Material gehört zu denen, die durch die aktiven Teilchen in einem Plasma wenig geätzt werden. Zum Beispiel ist das Material Aluminiumoxid, Mullit (AlO&sub3; + SiO&sub2;), Quarz oder dergleichen. In diesem Fall ist ein Schutzfilm 31 als ein Schutzteil gebildet. Eine Quarzbuchse 31A ist weiterhin in die innere Wand des Schutzfilmes 31 eingeführt. Ein Heizer 33 und ein Thermoelement (nicht gezeigt) sind auf der äußeren Umfangsfläche des Entladungsblockes 3 in Kontakt mit der Oberfläche montiert, und der Entladungsblock 3 wird auf eine Temperatur von etwa 120ºC durch ein Steuergerät 34 aufgeheizt, das mit dem Heizer 33 und dem Thermoelement verbunden ist. In der Öffnung des oberen Abschnitts des Entladungsblockes 3 ist gasdicht ein scheibenförmiges Mikrowelleneinlaßfenster 4, das aus einem Material, das Mikrowellen durchläßt, wie Quarz, Aluminiumoxid oder dergleichen, hergestellt ist, montiert, und ein plasmaerzeugender Raum ist gasdicht in der Bearbeitungskammer 1 und in dem Entladungsblock 3, der mit der Kammer 1 kommuniziert, gehalten. Die Kammer 1 verwendet eine Kammerwandkonstruktion, die die Anwendung eines Schutzfilmes oder Quarzes einschließt, um die Innenoberfläche der Kammerwand vor einer Beschädigung durch Plasmaionen oder Radikale zu hindern.
Ein kreisförmiger Wellenleiter 5 ist mit dem Mikrowelleneinlaßfenster 4 verbunden. Auf dem anderen Ende des kreisförmigen Wellenleiters 5 sind ein Übergangswellenleiter 51 von rechteckförmig auf kreisförmig und ein rechteckförmiger Wellenleiter 52 in dieser Reihenfolge verbunden; und ein Mikrowellenoszillator 6 ist an dem Ende des rechteckförmigen Wellenleiters 52 angebracht. In dem kreisförmigen Wellenleiter 5 ist ein Abstimmungsmittel zum Abstimmen der Mikrowellen vorgesehen, um einen feststehenden Modus wie den TE&sub1;&sub1;, der unter Resonanzbedingung in einem kreisförmigen Wellenleiter 5 auftritt und eine Resonanzfunktion aufweist, bereitzustellen. Das Abstimmittel wirkt auch, um einen gewünschten Modus, der zu der Entladungskammer zu übertragen ist, auszuwählen. Hier wird auf ein Abstimmittel Bezug genommen, das die Menge der Mikrowellenreflektion vermindert. In diesem Fall ist das Abstimmittel eine Mikrowellenabstimmplatte 53 eine ringförmigen Scheibe und ist auf einem oberen Abschnitt des Mikrowelleneinlaßfensters 4 montiert. Das Abstimmittel ist eine Platte, die eine Öffnung aufweist, durch die Mikrowellen hindurchgehen, und eine optimale Form der Öffnung hängt von dem Modus des elektrischen Feldes der Mikrowelle, das in die Entladungskammer zu übertragen ist, ab. In dem Falle des TE&sub1;&sub1;-Modus oder einem Modus in der Nähe davon wird eine nichtkreisförmige Form, wie eine ovale Form oder eine ähnliche Form, bevorzugt. Wenn der TE&sub0;&sub1;-Modus ausgewählt wird, kann eine kreisförmige Form wirkungsvoll sein. Durch Anwenden einer optimalen Form der Mikrowellenabstimmplatte, die dem Modus der Mikrowellen angepaßt ist, wird die elektrische Feldverteilung (Verteilung innerhalb einer Ebene parallel mit der Oberfläche, die zu bearbeiten ist) in dem Plasma gleichmäßig, wo die Mikrowellen absorbiert werden, und die Probe kann gleichmäßig bearbeitet werden.
Eine Induktionsspule 91 und eine Induktionsspule 92 sind auf dem Außenumfang des kreisförmigen Wellenleiters 5 und dem Entladungsblock 3 angeordnet und in einem Spulengehäuse 9 enthalten. Die Induktionsspule 91 erzeugt ein intensiveres magnetisches Feld als die Induktionsspule 92 und ihre Magnetfeldintensitäten werden durch ein Steuergate 93, das mit den Induktionsspulen 91 und 92 verbunden ist, gesteuert. Das Spulengehäuse 9 ist auf dem kreisförmigen Wellenleiter 5 und auf dem Entladungsblock 3 montiert, und der obere Abschnitt davon über dem Entladungsblock 3 kann als eine Einheit von dem Basisflansch 2 getrennt werden. Der obere Abschnitt über dem Entladungsblock 3 wird mittels eines Hebemittels, das nicht gezeigt ist, angebracht oder abgenommen. Eine Kühlgasversorgungsöffnung 94 ist an dem unteren Abschnitt des Spulengehäuses 9 gebildet, eine Belüftungsöffnung 54 ist an dem unteren Abschnitt des kreisförmigen Wellenleiters 5 gebildet, und ein Kühlgas, wie Stickstoffgas oder Luft, wird in das Spulengehäuse 9 eingeführt. Das Kühlgas, das in das Spulengehäuse 9 eingeführt wird, fließt durch das Belüftungsloch 54 und wird in die freie Luft durch die Wellenleiter 5, 51 und 52 entladen.
Der Basisflansch 2 ist mit einer Bearbeitungsgas-Versorgungsöffnung 21 ausgestattet, und ein Gasversorgungskanal wird gebildet, der zu den Gaseinblasöffnungen 32 führt, über eine Gasverbindungsleitung, die in einem Abschnitt gebildet ist, wo der Flansch 2 in den Entladungsblock 3 eingepaßt und eine Gasleitung in dem Entladungsblock 3 gebildet ist. Es ist weiterhin möglich, daß z. B. eine Quarzplatte, die Gaseinlaßöffnungen aufweist, unter dem Mikrowelleneinlaßfenster 4, das aus einer Quarzplatte hergestellt ist, so anzuordnen, daß ein Bearbeitungsgas in den Raum zwischen Quarzplatte und dem Mikrowelleneinlaßfenster 4 eingeführt wird, und um das Bearbeitungsgas von dem oberen Abschnitt des Entladungsblocks 3 (nicht gezeigt) einzublasen. Durch diese Anordnung zusammen mit der verjüngten Oberfläche des Entladungsblockes 3 kann ein Austausch von altem Bearbeitungsgas mit neuem Bearbeitungsgas in dem Entladungsblock 3 gefördert werden. Folglich werden die Reaktionsprodukte leicht aus dem Entladungsblock 3 entfernt und die Ätzrate und die Gleichförmigkeit werden weiterhin gesteigert. Die Gasverbindungsleitung, die in den Abschnitten, in denen der Basisflansch 2 in den Entladungsblock 3 eingepaßt ist, wird gebildet, wenn diese miteinander kombiniert werden.
Auf dem Bodenabschnitt der Bearbeitungskammer 1 ist über einem isolierenden Material 7 ein Probenhalter 8 vorgesehen, auf dem ein Wafer 10, ein zu bearbeitendes Substrat konzentrisch zu der Achse des Entladungsblockes 3 angeordnet ist, der im oberen Abschnitt bereitgestellt wird. Mit dem Probenhalter 8 ist eine Hochfrequenzleistungsquelle verbunden, die nicht gezeigt wird, so daß eine Vorspannung daran angelegt werden kann. In dem zentralen Abschnitt des Probenhalters 8 wird ein Waver-Ausstoß 81 zum Abgeben und Aufnehmen eines Wafers 10 von und zu einem bekannten Transportmittel vorgesehen, wie einem Roboterarm, der nicht gezeigt ist, wenn der Wafer 10 auf der Probenplatte 8 angeordnet wird oder von der Probenplatte 8 entfernt wird. Eine Hebeantriebseinheit 82 wird am unteren Ende des Wafer-Ausstoßes 81 bereitgestellt, um den Wafer-Ausstoß 81 rauf und runter zu bewegen. Die Hebeantriebseinheit 82 wird durch ein Trägerteil 83 steif gestützt, das an dem unteren Abschnitt der Probenplatte 8 angebracht ist. Darüber hinaus ist eine Hebeantriebseinheit 84 in dem unteren Abschnitt des Trägerteils 83 vorgesehen, um den Probenhalter 8 rauf und runter zu bewegen. Die Hebeantriebseinheit 84 ist steif durch ein Trageteil 85 gestützt, das an dem unteren Abschnitt der Bearbeitungskammer 8 angebracht ist. Eine spiralförmige Kühlleitung 86 ist in dem Probenhalter 8 gebildet und ist mit einer Kühlmittel- Rückgewinnungsöffnung 88 verbunden, die in dem Trägerteil 85 über eine Leitung gebildet ist.
In einer derart konstruierten Mikrowellenplasma-Ätzanlage werden die Schleusenventile 18 durch die Hebeantriebseinheiten 19 abgesenkt in einen Zustand, wo der Wafer in einer Ladevorkammer (nicht gezeigt) eingeführt ist und unter Vakuumbedingung durch bekannte Techniken gehalten wird und der Waver in die Verarbeitungskammer 1 durch einen Transportarm (nicht gezeigt) eingeführt wird. In diesem Fall wird der Probenhalter 8 durch die Hebeantriebsein heit 84 abgesenkt und der Wafer-Ausstoß 81 wird auch durch die Hebeantriebseinheit 82 abgesenkt. Wenn der Transportarm, der den Wafer plaziert hat, in dem oberen Teil des Probenhalters 8 anhält, wird der Waferausstoß 81 durch die Hebeantriebseinheit 82 angehoben, um den Wafer von dem Transportarm zu empfangen. Nachdem der Wafer auf den Waferausstoß 81 · übertragen wurde, wird der Transportarm zurück in seine Ausgangsposition gefahren. Die Schleusenventile 18 werden dann angehoben und ein hermetisch abgeschlossener Raum in der Prozeßkammer 1 wird festgelegt. Das Innere der Verarbeitungskammer 1 wird dann durch die Evakuierungsmittel evakuiert.
Nachdem der Transportarm zurückgezogen ist, wird der Waferausstoß 81 abgesenkt und der Wafer 10 wird auf der oberen Fläche des Probenhalters 8 plaziert. Danach wird der Probenhalter 8 durch die Hebeantriebseinheit 84 auf eine vorbestimmte Position, die für die Plasmabearbeitung notwendig ist, angehoben. In diesem Fall kommt, während die Probenplatte 8 angehoben wird, die obere Umfangsfläche des Wafers 10, der angehoben wurde, in Kontakt mit dem Waferhalter 19, der auf dem Träger der Bearbeitungskammer 1 angeordnet ist, und der Waferhalter 19 wird angehoben. Somit wird der Wafer 10 auf der oberen Fläche des Probenhalters 8 durch das Eigengewicht des Waferhalters 19 getragen (oder durch eine Federkraft angepreßt). Hier kann der Wafer auf der oberen Fläche des Probenhalters 8 unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehungskraft anstelle der Verwendung eines Wafer-Halters getragen werden. Ein Kühlmittel wie Kühlwasser wird aus der Kühlversorgungsöffnung 87 zu der Kühlleitung 86 in dem Probenhalter 8 geliefert, und der Probenhalter 8 wird auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Es können unterschiedliche Kühlmittel in Abhängigkeit von der Temperatur des Probenhalters, der zu kühlen ist, ausgewählt werden.
Beim Evakuieren des Inneren der Bearbeitungskammer 1 durch die Evakuierungsmittel vor einem Versorgen mit Bearbeitungsgas wird, wenn ein vorbestimmter Druck durch den Druckdetektor 17 erfaßt ist, das Ventil 16 geschlos sen, um den Druckdetektor 17 von der Atmosphäre in der Bearbeitungskammer 1 zu isolieren. Dieses ermöglicht es, den Druckdetektor 17 vor den Prozeßgasen und den Reaktionsprodukten während der Bearbeitung zu schützen und führt eine korrekte Messung zu allen notwendigen Zeitpunkten durch. Als nächstes wird das Bearbeitungsgas an die Gasversorgungsöffnung 21 angeschlossen, der Druck in der Bearbeitungskammer 1 durch ein Membran- Vakuummeßgerät (nicht gezeigt) erfaßt, während gleichmäßig Bearbeitungsgas in den Entladungsblock 3 durch mehrere Gaseinlaßöffnungen 32, die gleichmäßig gebildet sind, eingeführt wird, und der Druck in der Bearbeitungskammer 1 gesteuert wird, um einen vorbestimmten Wert durch das Drucksteuerventil 12 zu erreichen. In dem Entladungsblock 3 wird in diesem Fall das Bearbeitungsgas gleichmäßig von dem oberen Abschnitt des Entladungsblockes 3 in Richtung auf das Zentrum davon eingeführt und wird gleichmäßig in den verjüngten Raum in dem Entladungsblock 3 diffundieren, bevor es von der Oberseite zu der Unterseite abgeführt wird, indem es ein Erhöhen der Homogenität des Plasmas, das erzeugt wird, ermöglicht.
Wenn der Druck in der Bearbeitungskammer 1 einen vorbestimmten Wert erreicht, der groß genug ist, um die Bearbeitung durchzuführen, werden Mikrowellen von dem Mikrowellenoszillator 6 erzeugt und werden in den Entladungsblock 3 durch den kreisförmigen Wellenleiter 5 und das Mikrowellen- Eingangsfenster 4 eingeführt. Hier wird die Impedanzanpassung für die Mikrowellen erreicht, die in den kreisförmigen Wellenleiter 5 über den rechteckigen Wellenleiter 52 und den Wellenleiterübergang 51 von rechteckig zu kreisförmig eingeführt werden, mittels dem Raum in dem vergrößerten kreisförmigen Wellenleiter 5 und durch die Mikrowellenabstimmungsplatte 53, wodurch ein gleichmäßiges und starkes elektrisches Feld erzeugt wird und in den Entladungsblock 3 über das Mikrowelleneingangsfenster 4 eingeführt wird. Der Entladungsblock 3 wird durch den Heizer 33 beheizt und auf einer vorbestimmten Temperatur durch das Steuergerät 34 während der Temperaturerfassung durch das Temperatur-Erfassungsmittel (Thermoelement), das nicht ge zeigt wird, gehalten. Die Induktionsspulen 91 und 92 werden mit elektrischem Strom von dem Steuergerät 53 versorgt, so daß Magnetfelder von vorbestimmter Intensität erzeugt werden, und die Magnetfelder werden so erzeugt, um eine Ebene ECR-Elektronen-Zyclotron-Resonanzebene in dem Entladungsblock 3 zu bilden. Aufgrund der Einführung der Mikrowellen in den Entladungblock 3 und die Bildung der Magnetfelder in dem Entladungsblock 3 wird das Bearbeitungsgas in dem Entladungsblock 3 in ein Plasma beim Empfangen der ECR-Wirkung gewandelt. Das Plasma wird gleichförmig bei hoher Dichte aufgrund des elektrischen Feldes von dem kreisförmigen Wellenleiter 5, das gleichmäßig durch die Wirkung der Mikrowellenabstimmungsplatte 53 intensiviert wird, erzeugt. Die Mikrowellenabstimmungsplatte 53 hat eine Form, die am besten geeignet ist für eine Impedanzanpassung der Mikrowellen in dem kreisförmigen Wellenleiter 5, und die Mikrowellen in dem kreisförmigen Wellenleiter 5 werden gleichmäßig und wirkungsvoll nin den Entladungsblock 3 eingeführt.
Der Wafer 10 wird gleichmäßig mit einem Plasma bearbeitet, das in dem Entladungsblock 3 erzeugt wird und eine gleichförmige hohe Dichte hat. Als ein zu bearbeitendes Material wird z. B. eine Aluminiumlegierung (Al-Si-Cu in diesem Fall) unter Verwendung eines Ätzgases aus BCl&sub3; + Cl&sub2; + CH&sub2;F&sub2; bearbeitet (200 scm³ (200 sccm) bei einer Durchflußrate von etwa 6 : 7 : 1) unter den Bedingungen eines Arbeitsdruckes von 1,6 Pa (0,012 Torr) und einer Mikrowellenleistung von 1000 W (2,45 GHz), war die Gleichförmigkeit etwa 4%, wenn die Mikrowellenabstimmungsplatte 53 verwendet wurde, was etwa doppelt so gut war, wie die Gleichmäßigkeit von etwa 9%, wenn die Mikrowellenabstimmungsplatte 53 nicht verwendet wurde. In diesem Fall wurde die Gleichförmigkeit nur der aktiven Teilchen in dem Plasma ohne Anlegen einer HF-Spannung an die Probenplatte 8 bewirkt.
Beim Bearbeiten des Wafers 10 mit einem Plasma, wie oben beschrieben, wird eine Position, bei der die ECR-Ebene gebildet wird, durch Steuern des elektri schen Stromes, der an die Induktionsspulen 91 und 92 angelegt wird, nahe zu oder weg von dem Wafer 10 gebracht, um eine Änderung der Menge der Ionen in dem Plasma unmittelbar über den Wafer 10 zu ändern und ein Bearbeiten bei niedriger Beschädigung bei hoher Ätzgeschwindigkeitsbearbeitung oder selektivem Ätzen auszuwählen.
Weiterhin wird ein starkes Magnetfeld durch die Induktionsspulen 91 und 92 eingerichtet, um einen Resonanzbereich mit dem mikrowellenelektrischen Feld in Form einer Ebene zu vergrößern, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche der Probe, die zu behandeln ist, und der Ebene des Resonanzbereichs, die parallel zueinander sind, verändert werden, wenn die Probe bearbeitet wird und wenn die Probe überätzt und wenn die Position des Plasmas, das durch die Wirkungen des elektrischen Feldes generiert wird, durch die Mikrowellen produziert wird, und durch das magnetische Feld, das durch die Induktionsspulen erzeugt wird, geändert wird. Zum Beispiel wird die Position des Plasmas weg von der Oberfläche der Probe bewegt, wenn sie zu bearbeiten ist, um die Bildung von Resten zur Zeit des Ätzens der Probe zu verhindern, und die Position des Plasmas wird nahe an die Oberfläche der Probe bewegt, in der Zeit des Überätzens der Probe, wodurch die Ätzrate des darunterliegenden Materials während der Zeit des Überätzens der Probe unterdrückt wird.
Beim Bearbeiten des Wafers 10 mit einem Plasma, wie oben beschrieben, tendiert AlCl&sub3;, das ein Reaktionsprodukt ist, an der Innenwand des Entladungsblockes 3, der die Plasmaerzeugungskammer ist, zu haften. Jedoch durch Beheizen des Entladungsblockes 3 auf etwa 120ºC werden die Reaktionsprodukte, die dazu neigen, an den Wandoberflächen in dem Entladungsblock 3 zu haften, erhitzt und verdampft. Das bedeutet, die Reaktionsprodukte haften nicht an den Innenwandoberflächen des Entladungsblockes 3, sondern werden abgepumpt. Deshalb ist die Bearbeitung mit einem Plasma frei von zeitlichen Änderungen. Während der Bearbeitung mit einem Plasma, wie oben beschrieben, wird der Entladungsblock 3 auf eine Temperatur, bei der die Reaktionsprodukte verdampfen, beheizt.
Ein Schutzteil, wie ein Aluminiumoxid, ein Mullit oder ein Quarz, und in diesem Fall ein Schutzfilm 31, der aus einem plasmafesten Material hergestellt ist, wird auf den Innenwandflächen des Entladungsblockes 3, die dem Plasma ausgesetzt sind, gebildet. Selbst wenn der Entladungsblock 3 aus Aluminium hergestellt ist, das ähnlich dem Material einer zu bearbeitenden Aluminiumlegierung ist, wird deshalb der Entladungsblock 3 von dem Plasma, mit dem das zu bearbeitende Material geätzt wird, geschützt.
Nachdem das Ätzen des Wafers 10, das, wie oben beschrieben, ausgeführt wird, beendet ist, wird die Versorgung des Bearbeitungsgases zum Ätzen, die Mikrowellenleistung und die HF-Leistung gestoppt. Der Probenhalter 8 wird dann abgesenkt und der Wafer wird über die zu den Schritten des Einführens des Wafers umgekehrten Schritten ausgetragen. Nachdem der Wafer heraustransportiert ist, wird das Gas durch ein Bearbeitungsgas zum Ätzen ersetzt. Zum Beispiel wird ein Gas zum Plasmareinigen, wie O&sub2; oder O&sub2; + SF&sub6; in den Entladungsblock 3 eingeführt, und ein Plasma wird in der gleichen Weise erzeugt, als wenn das Ätzen durchgeführt wird, ohne einen Wafer 10 oder einen Opferwafer auf dem Probenhalter 8 anzuordnen und ohne eine HF-Spannung an den Probenhalter 8 anzulegen. Nachdem die Plasmareinigung für etwa zehn Sekunden ausgeführt ist, wird ein neuer Wafer in der gleichen Weise wie oben beschrieben, einem Ätzen unterworfen. Das Plasmareinigen ohne jeden Wafer ist äußerst wirkungsvoll, wenn es nach der Bearbeitung eines Wafers durchgeführt wird. In der Praxis wird jedoch das Steuergerät, das die Bearbeitungsvorrichtung steuert, eingestellt, um das Plasmareinigen nach jedem zweiten, dritten oder "n-ten" Wafer, usw., auszuführen, um den gesamten Durchsatz zu erreichen, wobei die Bearbeitungsvorrichtung automatisch die Reinigung durchführt. Deshalb kann der Zyklus für das Plasmareinigen, der bisher durchgeführt wurde, für jedes Los von etwa 30 Minuten unter Verwendung eines Opferwafers auf die vier- bis 10-fache Zeit oder länger verlängert werden. Weiterhin kann der Zyklus der Naßreinigung, bei der die Bearbeitungsvorrichtung an Luft für einen ganzen Tag jede Woche geöffnet wird, auf zwei bis drei Wochen oder länger verlängert werden, was wesentlich zur Erhöhung des Durchsatzes beiträgt. Selbst das Plasmareinigen ohne einen Wafer kann ohne Auswirkung auf den Probenhalter 8 durchgeführt werden, da die Bearbeitungszeit kurz ist und eine Schutzbeschichtung, wie eine Aluminit-Beschichtung auf die Oberfläche des Probenhalters 8 aufgebracht ist, auf dem der Wafer plaziert ist.
Während des Reinigens kann weiterhin ein Inertgas wie N&sub2; oder He, das nicht den Prozeß beeinflußt, in den Spalt, in dem der Wafer-Ausstoß 81 vorgesehen ist, von der Unterseite zu der Oberseite geblasen werden, um Schmutz und Staub, der sich in dem Spalt, in dem der Wafer-Ausstoß 81 vorgesehen ist, befindet, auszublasen, um den Reinigungseffekt weiter zu steigern.
Die oben erwähnten Effekte können in ähnlicher Weise in bezug auf eine Verbesserung des Durchsatzes erreicht werden, selbst wenn die Induktionsspulen 91, 92 und das Steuergerät 93 weggelassen werden, und selbst in dem Fall anderer Bearbeitungsvorrichtungen, die ein Plasma verwenden.
Beim Öffnen des Entladungsblockes 3 an die Luft besteht weiterhin keine Notwendigkeit, die Gasleitung und dergleichen abzukoppeln, da die Gasdurchflüsse zwischen dem Entladungsblock 3 und dem Basisflansch 2 gebildet werden. Darüber hinaus können der Entladungsblock 3 und die Induktionsspulen 91, 92, die integral in dem Spulengehäuse 9 untergebracht sind, als eine Einheit entfernt werden, womit der Reinigungsvorgang sowie eine Inspektions- und Wartungsarbeit erleichtert werden.
Durch Anwenden eines Heißventils, das beheizt werden kann zwischen einer Vorpumpe, wie einer Rotationspumpe und einer Hochvakuumpumpe, wie einer Turbomolekularpumpe 13 als Evakuierungsmittel, ist es weiterhin möglich, den Druck daran zu hindern, auf der Abgasseite der Hochvakuumpumpe anzusteigen und somit die reaktiven Produkte am Anhaften zu hindern, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit der Vakuummittel führt. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. In der Fig. 2 sind gleiche Abschnitte, wie die in Fig. 1, durch die gleichen Referenznummern beschrieben, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
In dieser Ausführungsform wird eine Schlitzantenne 41 auf der Bodenfläche der Wellenleitung 5A radial in bezug auf die Mittelachse des Resonators, wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet, um einen kreisförmigen TE&sub0;&sub1;-Modus abzustrahlen. In diesem Falle werden die Mikrowellen von einer Mehrzahl von Schlitzantennen 41 durch einen Wellenleiter 5B ausgebreitet, die einen vorbestimmten Abstand aufweisen und dann insgesamt in Mikrowellen des kreisförmigen TE&sub0;&sub1;-Modus ausgebildet sind. Ein Abstand ist zwischen der Schlitzantenne und dem Quarzfenster 4 notwendig, durch den die Mikrowellen so hindurchgehen, daß die Mikrowellen, die von der Schlitzantenne abgestrahlt werden, sich in einem besonderen Mikrowellenmodus ausbreiten können, nämlich so, daß die Mikrowellen, die von den Schlitzantennen 41 abgestrahlt werden, einen besonderen Mikrowellenmodus in dem gesamten Entladungsrohr 3A bilden, nämlich der Ebene. Dieser Raum wird durch die Wellenleitung 5B gebildet. Die Wellenleitung 5A und die Schlitzantenne 41 bewirken ein stabiles Formen von Mikrowellen in jedem Modus und ein Plasma wird stabil in dem Entladungsrohr 3A erzeugt. Durch Optimieren des Abstandes zwischen dem Quarzfenster 4 und der Schlitzantenne 41 kann weiterhin ein gleichförmiges und hochdichtes Plasma erzeugt werden. Darüber hinaus sind der Wellenleiter 5A und die Schlitzantenne 41 so geformt, um Mikrowellen des kreisförmigen TE&sub0;&sub1;-Modus abzustrahlen, der axialsymmetrisch ist, und die Mikrowellen des kreisförmigen TE&sub0;&sub1;-Modus werden in das Entladungsrohr 3A eingeführt, um ein gleichförmiges Plasma zu bilden.
Durch Ändern der Form der Schlitzantenne können weiterhin Mikrowellen anderer Moden in die Bearbeitungskammer eingeführt werden. Durch Ändern der Plasmadichte ist es möglich, ein Plasma zuzuführen, das am besten für zu bearbeitende Materialien geeignet ist.
Wie oben beschrieben, zeigt die Ausführungsform eine Mehrzahl von Aktionen und Wirkungen, und die Erzeugung eines gleichförmigen und hochdichten Plasmas hilft weiterhin, die Gleichförmigkeit und die Bearbeitungsmöglichkeiten in der Bearbeitung von Wafern mit einem Plasma zu verbessern. Darüber hinaus kann die Bearbeitung mit einem Plasma unter Beibehaltung einer guten Qualität unabhängig von dem zu bearbeitenden Material ausgeführt werden und es kann stabil unter Beibehaltung eines Zustands einer guten Bearbeitungsfähigkeit fortgesetzt werden.
Mit Bezug auf die obige Ausführungsform wurde das Ätzen von Aluminiumlegierungen als ein Beispiel beschrieben. Jedoch ist der Ätzgegenstand in keiner Weise dadurch begrenzt, sondern es kann eine Vielzahl von Materialien wie Metallen, Gatemetallen, Oxiden und ähnlichem sein. Die Erfindung kann nicht nur an Ätzvorgänge angepaßt werden, sondern auch an andere Bearbeitungen mit einem Plasma, wie einer filmbildenden Bearbeitung und dergleichen, angepaßt sein.
In bezug auf die Gleichförmigkeit wird die gleiche Wirkung wie bei der obigen Ausführungsform erreicht, selbst in dem Fall, wo die Induktionsspulen 91, 92 und das Steuergerät 93 in Fig. 1 weggelassen werden, und die Gleichförmigkeit in der Bearbeitung kann verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, ein hochdichtes gleichförmiges Plasma zu erzeugen, wodurch die Bearbeitungsqualität weiter verbessert wird, um die Bearbeitung mit einem Plasma durchzuführen, das eine gute Bearbei tungsqualität unabhängig von dem zu bearbeitenden Material beibehält und um die Bearbeitung stabil mit einem Plasma in einem Zustand auszuführen, in dem eine gute Bearbeitungsqualität erhalten wird.

Claims

1. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren, umfassend einen Probenhalter (8), auf dem ein Substrat (10), das zu bearbeiten ist, angeordnet ist, eine Bearbeitungskammer (1), die darin den Probenhalter (8) enthält 1 und eine Öffnung aufweist, die zur Oberfläche des Probenhalters (8) zeigt, auf dem das Substrat (10), das zu bearbeiten ist, angeordnet ist, einen Entladungsblock (3) eines Hohlzylinders, der aus einem nicht magnetischen elektrisch leitenden Material hergestellt ist, das sich in Richtung auf den Probenhalter (8) in einem Konus vergrößert, einen kreisförmigen Wellenleiter (5), der über ein Mikrowellen-Eingangsfenster (4) mit einer Öffnung auf dem anderen Ende des Entladungsblocks (3) verbunden ist, eine Induktionsspule (91, 92), die auf der Außenseite des Entladungsblockes (3) vorgesehen ist, und Evakuierungsmittel (12, 13, 14, 15) zum Evakuieren des Inneren der Bearbeitungskammer (1) auf einen vorbestimmten Druck,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren weiterhin eine Abstimmungsplatte (53) umfaßt, die in dem ringförmigen Wellenleiter (S) bereitgestellt wird, um die Mikrowellen abzustimmen und ein Gasversorgungsmittel (21, 32) zum Zuführen eines Prozeßgases in den Entladungsblock (3).

2. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasversorgungsmittel (21, 32) eine Gasversorgungsöffnung (21) aufweist, die in bezug auf die Richtung, in der die Mikrowellen wandern, vor dem Entladungsblock (3) gebildet ist und eine Mehrzahl von Gasblasöffnungen (32) gleichmäßig auf der inneren Umfangsfläche des Entladungsblockes (3) verteilt, aufweist.

3. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzteil (31, 31a) auf einer inneren Wandoberfläche des Entladungsblockes gebildet ist.

4. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzteil (31, 31a) ein plasmafestes Material ist.

5. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsblock (3) mit einem Heizer (33), von dem die Temperatur eingestellt werden kann, vorgesehen ist,

6. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsblock (3) mit einem Kühlungsmechanismus (54, 94) bereitgestellt wird, der Gas verwendet.

7. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsblock (3), der mit einem kreisförmigen Wellenleiter (5) ausgestattet ist und die Induktionsspulen (91, 92) zusammengekoppelt und gestützt sind und angehoben werden können, gerade wenn der Entladungsblock (3) zur Luft hin geöffnet wird.

8. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdetektor (17) zum Messen des Druc kes in der Bearbeitungskammer (1) über ein Trennventil (16) bereitgestellt wird.

9. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Evakuierungsmittel eine Hochvakuumpumpe (15) und eine Vorvakuumpumpe (13) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und weiterhin ein Ventil (14) mit einem Heizmechanismus zwischen der Hochvakuumpumpe (15) und der Vorvakuumpumpe (13) aufweist.

10. Vorrichtung für ein Mikrowellenplasmaverfahren nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des kreisförmigen Wellenleiters (5) eine Schlitzantenne (41) und eine Mikrowellen-Abstimmungsplatte vorgesehen ist.

11. Mikrowellen-Plasmabearbeitungsverfahren, wobei

ein erstes Substrat (10), das zu bearbeiten ist, mit einem Plasma bearbeitet wird, während die Bearbeitungskammer (1), in der das Plasma erzeugt wird, auf einer vorbestimmten konstanten Temperatur gehalten wird;

nachdem das erste Substrat (10), das zu bearbeiten ist, mit einem Plasma bearbeitet wurde, und von der Bearbeitungskammer (1) übergeben ist, wird das Innere der Bearbeitungskammer (1) mit dem Plasma ohne Anordnen irgendeines weiteren zu bearbeitenden Substrats auf dem Probenhalter (8) in der Bearbeitungskammer (1) gereinigt, wodurch das Reinigen ohne irgendein Substrat auf dem Halter (8) der Bearbeitungskammer (1) erfolgt; ein nächstes zu bearbeitendes Substrat nach dem ersten Substrat in die Bearbeitungskammer (1) eingeführt wird, nachdem das Reinigen mit dem Plasma beendet ist;

und das nächste zu bearbeitende Substrat wird bearbeitet.

12. Mikrowellen-Plasmabearbeitungsverfahren nach Anspruch 11, wobei der Zyklus des Plasmareinigens ausgewählt wird nach jedem n (n = 1, ....., n) zu bearbeitenden Substrat und dann ausgeführt wird.

13. Mikrowellen-Plasmabearbeitungsverfahren nach Anspruch 11, wobei, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Bearbeitungen mit einem Plasma durchgeführt ist, die Plasmaerzeugungskammer (1) gekühlt wird, zur Luft hin geöffnet und gereinigt wird.

14. Mikrowellen-Plasmabearbeitungsverfahren nach Anspruch 13, wobei zur Zeit des Öffnens zur Luft hin einem reinigenden Inertgas ermöglicht wird, in den Hohlraum, in dem ein Wafer-Abstoßen in einem zentralen Abschnitt des Probenhalters (8) bereitgestellt wird, zu strömen.