DE69509248T2

DE69509248T2 - Gerät und verfahren zur in situ magnetron saübern von plasmareakter-kammern

Info

Publication number: DE69509248T2
Application number: DE69509248T
Authority: DE
Inventors: Dean Denison; Larry Hartsough; Paul Shufflebotham
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2015-09-16
Also published as: TW306008B; DE69509248D1; JPH10506154A; US5503676A; EP0784861A1; WO1996009641A1; JP3917176B2; EP0784861B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmaerzeugung, die geeignet ist, Rückstände in einer Plasmareaktionskammer in der Vorrichtung in-situ zu entfernen, und ein Verfahren zur Ausbildung eines Magnetronplasmas in einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, um Ablagerungen von der Innenfläche der Plasmaerzeugungsvorrichtung zu entfernen.

Hintergrund der Erfindung

Eine CVD-Vorrichtung (Vorrichtung zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase) wird herkömmlicherweise dazu verwendet, verschiedene Dünnschichten in einer integrierten Halbleiterschaltung auszubilden. Derartige CVD-Vorrichtungen können Dünnschichten wie etwa SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4;, Si oder dergleichen mit hoher Reinheit und hoher Qualität ausbilden. Im Reaktionsablauf bei der Ausbildung einer Dünnschicht kann ein Reaktionsgefäß, in dem Halbleitersubstrate angeordnet sind, auf hohe Temperaturen von 500 bis 1000ºC aufgeheizt werden. Abzuscheidendes Rohmaterial kann durch das Gefäß hindurch in Form gasförmiger Bestandteile zugeführt werden, so daß Gasmoleküle thermisch dissoziiert und in dem Gas und an der Oberfläche der Probe gebunden sind, um eine Dünnschicht zu bilden.
Eine PECVD-Vorrichtung wendet eine Plasmareaktion an, um eine Reaktion ähnlich jener der vorstehend beschriebenen CVD-Vorrichtung zu erzeugen, jedoch bei einer relativ geringen Temperatur, um eine Dünnschicht auszubilden. Die PECVD-Vorrichtung umfaßt eine Probenkammer, eine Gaszuführsystem und ein Auspumpsystem. Zum Beispiel ist eine PECVD- Vorrichtung in der US-PS 4,401,054 offenbart. Das Plasma wird in einer derartigen Vorrichtung durch Mikrowellenentladung aufgrund Elektron- Zyklotronresonanz (ECR) erzeugt. Ein Probenhalter ist in der Probenkammer vorgesehen, und in der Plasmaerzeugungskammer erzeugtes Plasma tritt durch eine Plasmaauslaßöffnung hindurch, um eine Plasmaströmung in der Probenkammer auszubilden. Der Probenhalter kann einen Kühlmechanismus aufweisen, um ein Ansteigen der Temperatur der Probe aufgrund der Plasmaeinwirkung zu verhindern.
Während der chemischen Elektron-Zyklotronresonanz-Abscheidung von SiO&sub2; aus der Gasphase scheidet sich eine SiOx-Fremdschicht auf verschieden Flächen überall in der Kammer ab. Wenn diese Ablagerungen dicker werden, beginnen sie rissig zu werden, abzuplatzen und abzublättern, wodurch somit Teilchen innerhalb der Reaktionskammer erzeugt werden, welche die in dem Reaktionsapparat bearbeiteten Wafer verschmutzen.
Die US-PS 5,200,232 offenbart eine Reaktionskammer, die konstruiert ist, um die Teilchenerzeugung in einem PECVD-Reaktionsapparat zu minimieren. Insbesondere alle Flächen nahe oder im Zielstrahlweg zum Wafer sind durch Teilchen-Kontrollflächen ersetzt oder durch diese abgedeckt. Diese Flächen sind hinsichtlich der Temperatur kontrolliert, um das Auftreten von thermischen Wechselbeanspruchungen in den Fremdablagerungen zu verhindern, da thermisches Ausdehnen und Zusammenziehen mechanische Spannungen erzeugen, die zu Rißbildung und Abblättern und somit zur Teilchenerzeugung führen. Die Flächen sind auch so konstruiert, daß keine scharfen Kanten oder Ecken auftreten, die mechanische Spannungen konzentrieren könnten und somit als Katalysator für die Teilchenerzeugung dienen. Auch im Fall der SiO&sub2;-Abscheidung ist die Teilchen-Kontrollfläche aus Aluminium aufgebaut, an dem fremdes SiOx sehr gut anhaftet. Diese Kombination von Temperaturkontrolle und Kontrolle des Haftvermögens schließt die Erzeugung von Teilchen wirksam aus, zumindest bis die Fremdschicht so dick wird, daß innere Materialspannungen die Anhaftstärke überwiegen und das Auftreten der Teilchenerzeugung beginnt.
In herkömmlichen Systemen müssen die Teichen-Kontrollflächen dann, wenn die Teilchenerzeugung beginnt, entfernt und durch neue oder gereinigte Teile ersetzt werden. Der Reinigungsprozeß weist typischerweise ein Sandstrahlverfahren mit Karbidkügelchen oder maschinelle Bearbeitung mit einer Drehmaschine auf. Das regelmäßige Entfernen von Teichen- Kontrollbauteilen ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Dabei ist es am wichtigsten, daß die Reaktionskammer zur Atmosphäre hin geöffnet werden und menschlicher Behandlung und mechanischen Einwirkungen unterworfen werden muß. Dies führt unweigerlich zu einer beträchtlichen Verschmutzung durch Teilchen. Darüber hinaus erfordert jede Änderung an dem Aufbau technische Fachleute, um die Änderung vorzunehmen und das Einhalten von Reinheits- und Sicherheitsvorschriften sicherzustellen. Zusätzlich müssen die technischen Fachleute die Sicherheit und das Funktionieren der Vorrichtung nochmals bewerten. Dies ist sowohl ein teures als auch ein zeitaufwendiges Verfahren. Darüber hinaus beeinflußt die für die Änderung benötigte Stillstandzeit den Durchsatz der Vorrichtung negativ, was die Produktionskosten erhöht. Zusätzliche Kosten ergeben sich aus der Tatsache, daß die Teichen-Kontrollbauteile Verbrauchsartikel sind und mehrere Sätze verfügbar sein müssen, um nach den Reinigungsschritten zyklisch durchgewechselt zu werden. Schließlich kann jede mechanische Reinigung die Teile kaputtmachen, wodurch ein richtiges Ersetzen notwendig wird. Somit gibt es beim Stand der Technik Bedarf dafür, die Verfahren zum Entfernen von auf Oberflächen in der Reaktionskammer, insbesondere auf Zielstrahlflächen und auf die Proben umgebenden Flächen, abgelagerten Fremdschichten zu verbessern. Der Ausdruck "Zielstrahlflächen", wie er hierin verwendet wird, bedeutet Flächen, von denen eine gerade Linie direkt zu der in der Reaktionskammer montierten Probe gezogen werden kann. Der Ausdruck "Proben umgebende Flächen", wie er hierin verwendet wird, bedeutet Flächen, welche die in der Reaktionskammer montierte Probe umgeben und welche direkt von einem Plasmastrom kontaktiert werden. Der Ausdruck "Probe", wie er hierin verwendet wird, bedeutet jedes Halbleitersubstrat, wie etwa ein Wafer aus Silizium oder einem anderen Material, das eine flache oder unebene Flächen hat, auf welchen eine Schicht durch Plasmareaktion ausgebildet wird.
Es ist nach Stand der Technik bekannt, eine Magnetronplasma-Vorrichtung für das Abscheiden/Ätzen eines Ziels oder von Proben an dem Ziel zu benutzen, wie es in der US-PS 4,588,490 offenbart ist. Auch die Anwendung eine Magnetronplasmas zur Reinigung von Innenflächen einer Kammer ist in der US-PS 4,434,038 offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Betriebslebensdauer der Teilchen-Kontrollflächen in einer Reaktionskammer zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 durch Anwenden eines In-Situ-Reinigungsverfahrens, um die äußeren Ablagerungen, die von den Teilchen-Kontrollbauteilen angesammelt wurden, zu entfernen, wobei die Reaktionskammer nicht geöffnet werden muß und keine Teile entfernt werden müssen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besondere Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist dazu bestimmt, diese Aufgabe auf zeitgerechte, effiziente Weise zu lösen, ohne die Teilchen-Kontrollflächen auf irgendeine Weise zu verschmutzen oder zu zerstören, was sie daran hindern würde, ihre beabsichtigte Funktion zu erfüllen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben durch Liefern von Gleichstrom ("DC") oder Hochfrequenzstrom ("RF") an die Teilchen-Kontrollflächen und Erzeugen eines lokalisierten Magnetronplasmas an den Teilchen- Kontrollflächen unter Verwendung eines Gases, das chemisches Plasmaätzen der Fremdablagerungen unter Wärmeeinwirkung erzeugt. Die Teilchen- Kontrollflächen sind derart geformt, daß magnetische Induktionslinien in jede Fläche ein- und wieder austreten. Wenn ein elektrisches Feld an die Teilchen- Kontrollflächen angelegt ist, werden die Elektronen in den sich kreuzenden elektrischen und magnetischen Feldern gefangen. Dies führt zu einer Bildung eines lokalisierten Magnetronplasmas in dem ringförmigen Bereich, in dem die Induktionslinien in die Fläche eintreten und wieder aus der Fläche austreten. Durch Verändern des Stromes, der an eine oder mehrere Elektromagnetspulen der Plasmavorrichtung geliefert wird, kann ein ringförmiges Magnetronplasma über die Fläche streichen, um die Reaktionskammer in-situ zu reinigen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Plasmaerzeugungsvorrichtung eine Plasmakammer zur Erzeugung eines Plasmas, eine Reaktionskammer mit einem Probenhalter, an dem eine Probe mit dem Plasma behandelt werden kann, und eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen von Gas in die Reaktionskammer auf. Zusätzlich weist die Plasmaerzeugungsvorrichtung eine oder mehrere Hochfrequenz- oder Gleichstromversorgungen, die mit den Teilchen-Kontrollflächen verbunden sind, und mindestens eine Elektromagnetspule zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Reaktionskammer und zum Erzeugen eines ringförmigen Bereichs eines Magnetronplasmas an einer oder mehreren Teilchen- Kontrollflächen in der Reaktionskammer auf. Schließlich weist die Vorrichtung eine Stromversorgungseinrichtung auf, um die Elektromagneteinrichtung mit einer einstellbaren Gleichstrommenge zu versorgen, so daß das ringförmige Magnetronplasma eingeschlossen und über die Teilchen-Kontrollfläche in der Reaktionskammer geführt werden kann, um Ablagerungen von der Teilchen- Kontrollfläche zu ätzen und zu entfernen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes eine Hauptspule, welche die Plasmakammer umgibt, und eine Spiegelspule, welche die Reaktionskammer umgibt, auf. Die Spiegelspule umfaßt eine innere Spule, eine äußere Spule und dazwischen einen Eisenkern. Getrennte Stromversorgungen liefern Gleichstrom an die Hauptspule, die äußere Spule bzw. die innere Spule.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Fremdablagerungen von einer Plasmaerzeugungsvorrichtung. Gemäß dem Verfahren wird ein Gas in einen Plasmaerzeugungskammer eingelassen, ein Magnetronplasma wird an einer Teilchen-Kontrollfläche in der Reaktionskammer erzeugt, und das Magnetronplasma wird eingeschlossen und über die Teilchen-Kontrollfläche in der Reaktionskammer geführt, so daß die Ablagerungen von der Fläche geätzt und entfernt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1: eine erste Ausführungsform der PECVD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2(a)-(b): eine Seiten- und eine Draufsicht auf die Ausbildung des Magnetronplasmas;
Fig. 3(a)-(c): verschiedene Arten, auf welche die Teilchen-Kontrollflächen elektrisch vorgespannt werden können; und
Fig. 4(a)-(d): wie ein Magnetronplasma über Teilchen-Kontrollflächen geführt werden kann.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Teilchenablagerungen von Teilchen-Kontrollflächen in einer Plasmaerzeugungsvorrichtung wie etwa einem Elektron-Zyklotronresonanz- CVD-Reaktionsapparat (ECR-CVD-Reaktor).
Fig. 1 zeigt eine Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, ist eine behandelte Fläche 5 einer Halbleiterprobe 22 in einer horizontalen Orientierung auf einer Probenhalterfläche 34 in einer Reaktionskammer 20 gehalten. Die Probenhalterfläche 34 ist in vertikaler Richtung in Richtung auf eine Plasmaerzeugungskammer 12 hin und von dieser weg beweglich. Plasma wird von einer Mikrowellenentladung durch Elektron-Zyklotronresonanz in der Plasmakammer 12 erzeugt, und abhängig von dem in die Vorrichtung eingeführten Gas, können Waferbearbeitungen wie Ätzen oder Abscheidungs- Behandlungen an der Probe durchgeführt werden. Zum Beispiel werden die Plasmaerzeugungskammer 12 und die Reaktionskammer 20 typischerweise über die Vakuumöffnung 30 ausgepumpt, ein oder mehrere Gase werden durch einen Gaszuführleitung 18 der Plasmaerzeugungskammer 12 zugeführt, ein Elektromagnet 14 erzeugt ein Magnetfeld innerhalb der Vorrichtung, eine Mikrowelle wird über einen Wellenleiter 13 und ein Mikrowellenzuführfenster 15 in die Plasmaerzeugungskammer 12 eingebracht, und ein Plasma wird als Folge der in dem Gas innerhalb der Plasmaerzeugungskammer 12, die als ein Mikrowellenresonanzgefäß wirkt, gestarteten Resonanzanregung gebildet. Das in der Plasmakammer 12 erzeugte Plasma tritt durch eine Öffnung in einem Plasma-Apertur-Ring hindurch und bildet einen Plasmareaktionsbereich angrenzend an die Probenhalterfläche 34. Der Elektromagnet 28, der unterhalb der Spanneinrichtung 26 angeordnet ist, unterstützt die Behandlung der Probenfläche 5.
Während des Betriebs der Plasmaerzeugungsvorrichtungen können sich Nebenproduktablagerungen an verschiedenen Flächen in der gesamten Reaktionskammer ablagern. Zum Beispiel während der Abscheidung von SiO&sub2; können SiOx-Fremdschichten ausgebildet werden. Auch können abhängig von den Ätz-/Abscheidungsbehandlungen elektrisch leitfähige Metalle wie Aluminium, Titan und Wolfram auf Innenflächen der Reaktionskammer abgelagert werden. Gemäß der Erfindung können solche Ablagerungen von Teilchen-Kontrollflächen in der Reaktionskammer mittels eines lokalisierten Magnetronplasmas, das man über die Teilchen-Kontrollflächen streichen läßt, entfernt werden.
Gemäß der Erfindung werden Fremdablagerungen an Teilchen-Kontrollflächen durch ein ringförmiges Magnetronplasma, das man auf kontrollierte Art über die Flächen streichen läßt, weggeätzt. Ein Magnetronplasma kann in einem Reaktionsgas, das in die Reaktionskammer eingebracht wird, erzeugt werden. Das Reaktionsgas hängt chemisch von den zu entfernenden Überresten/Ablagerungen ab. Zum Beispiel kann ein fluorhaltiges Gas verwendet werden, um Silizium-, Siliziumoxid-, Siliziumnitrid- und Metallablagerungen wie Wolfram zu entfernen; ein chlorhaltiges Gas kann verwendet werden, Metallablagerungen wie Wolfram, Aluminium, Titan und Molybdän zu entfernen; und ein sauerstoffhaltiges Gas kann verwendet werden, um organische Ablagerungen durch Überführen der Feststoffablagerungen in die Gasform zu entfernen.
Gemäß der Erfindung sind die zu ätzenden Teilchen-Kontrollflächen mit einer Einrichtung 90 zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an derartige Flächen verbunden. Zum Beispiel kann eine elektrische Stromversorgung, die eine Gleichspannungs-Vorspannung erzeugt und an eine elektrisch leitfähige Teilchen-Kontrollfläche angeschlossen ist, dazu verwendet werden, ein Gleichstrom-Magnetronplasma zu erzeugen. Alternativ kann eine elektrische Stromversorgung, die eine Hochfrequenzvorspannung erzeugt, dazu verwendet werden, ein Hochfrequenz-Magnetronplasma zu erzeugen. Hohe Frequenzen von 400 kHz oder 13,56 MHz können verwendet werden, um das Hochfrequenz-Magnetronplasma zu erzeugen. Die Teilchen-Kontrollflächen sollten elektrisch leitfähig und von der restlichen Reaktions-/Plasmakammer isoliert sein. Jedoch können die Oberflächen der Teilchen-Kontrollflächen mit einem ätzstabilen Material beschichtet sein und die Beschichtung kann elektrisch leitfähig oder nicht leitfähig sein.
Wenn ein Magnetronplasma unter Verwendung einer Hochfrequenz- Stromversorgung erzeugt wird, kann ein Sperrkondensator zwischen der zu ätzenden Teilchen-Kontrollfläche und der Hochfrequenz-Stromversorgung angeordnet werden, um zu verhindern, daß ein Gleichstrom fließt, was dazu führen kann, ein Hochfrequenz-Magnetronplasma durch Abfließen von Ladung zu destabilisieren. Zusätzlich fördert der Sperrkondensator eine Selbstvorspannung an der geätzen Fläche, was die Ätzrate durch Beschleunigen positiver Ionen zu einem energetischen Bombardement der Fläche verbessert. Zusätzlich zum Sperrkondensator kann ein Impedanzanpassungsnetzwerk zwischen dem Sperrkondensator und der Hochfrequenz-Stromversorgung elektrisch angeschlossen werden, um die maximal mögliche Leistung von der Hochfrequenz-Stromversorgung zur Last einzukoppeln und ein Beschädigen der Hochfrequenz-Stromversorgung zu verhindern.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine Hochfrequenz- Stromversorgung, ein Impedanzanpassungsnetzwerk und ein Sperrkondensator in Reihe mit jeder zu ätzenden Fläche verbunden. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine einzelne Hochfrequenz-Stromversorgung mit einem Spaltphasen- Impedanzanpassungsnetzwerk, das über Sperrkondensatoren mit zwei zu ätzenden Flächen verbunden ist, elektrisch verbunden. Jedes geeignete Spaltphasen-Impedanzanpassungsnetzwerk kann verwendet werden, wie etwa das Rainbow 17400®, das von der Lam Research Corporation angeboten wird. Dieses Spaltphasen-Impedanzanpassungsnetzwerk liefert Hochfrequenz- Vorspannungen mit 180 Grad Phasendifferenz an die zwei zu ätzenden Flächen.
Die Fig. 2a-b werden verwendet, um zu erklären, wie ein Magnetronplasma ausgebildet werden kann. Es sollte jedoch verstanden werden, daß es nicht notwendig ist, das bestimmte, in den Fig. 2a-b gezeigte Verfahren für die Ausbildung eines lokalisierten Magnetronplasmas gemäß der vorliegenden Erfindung anzuwenden. Wie in den Fig. 2a-b gezeigt, kann ein ringförmiger Bereich eines Magnetronplasmas ausgebildet werden, wenn an eine zu reinigenden Fläche eine elektrische Vorspannung angelegt ist und magnetische Induktionslinien derart aus der vorgespannten Fläche austreten und in diese eintreten, daß sie einen geschlossenen "Tunnel" oder einen "Kanal" bilden. In Fig. 2a ist ein runder Elektromagnet 50 unter einer elektrisch vorgespannten Fläche 52 angeordnet. Eine Mehrzahl von Eisenstücken 54 ist um den Elektromagneten 50 herum angeordnet, um die Form der durch den Elektromagneten 50 erzeugten magnetischen Induktionslinien B zu kontrollieren. Zusätzlich können Zusatzspulen oder auch Permanentmagneten verwendet werden, um das Magnetfeld zu formen. Das Magnetfeld ist vorzugsweise senkrecht zu dem elektrischen Feld am Mittelpunkt des Kanals angeordnet, wie in Fig. 2a gezeigt. Vorzugsweise ist das Magnetfeld im Kanalbereich im Bereich von 0,02-0,05 T (200-500 Gauß), um das Magnetronplasma 58 in dem Kanal 56 einzuschließen. Wie in Fig. 2a gezeigt, treten die magnetischen Induktionslinien aus der vorgespannten Fläche 52 aus und in diese ein, was dazu führt, daß das erzeugte Magnetronplasma 58 in den Kanal 56 eingeschlossen ist, so daß sich das Plasma 58 in Kontakt mit der vorgespannten Fläche 52 befindet. Das Plasma 58 ist derart eingeschlossen, daß es dort nicht auftritt, wo es nicht gebraucht wird. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit, die Geschwindigkeit und die Prozeßführung, während es die Möglichkeit von Beschädigung von anderen Reaktionskammerteilen minimiert.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Teilchen- Kontrollflächen, wie etwa ein Trichter 24 und eine die Probe umgebende Fläche 27 elektrisch isoliert und hochfrequenz-vorgespannt. Zusätzlich sind die Flächen speziell geformt, um dem magnetischen Feld zu entsprechen, das durch die Hauptspule 14 und die Spiegelspule 28 erzeugt wird. Zum Beispiel hat der Trichter 24 eine Form, daß das Magnetfeld von 0,02-0,05 T (200-500 G) ein ringförmiges Magnetronplasma an einer Fläche 25 des dem Trichter 24 zugewandten Substrat 22 bildet. Auch der Substrathalter oder die Spanneinrichtung 26 weist eine die Probe umgebende Fläche 27 auf, an welcher das Magnetfeld von 0,02-0,05 T (200-500 G) ein anderes ringförmiges Magnetronplasma bildet. Somit können einfach durch Ausformen der Flächen 25, 27, um dem Magnetfeld in der vorstehend gezeigten Weise zu entsprechen, ringförmige Magnetronplasmazonen an den Flächen 25, 27 erzeugt werden, ohne Hilfsmittel wie Spulen, Magnete, Eisenstücke usw. der Plasmareaktionsvorrichtung innerhalb oder außerhalb der Plasma- und der Reaktionskammer hinzuzufügen (d. h., die vorhandenen Elektromagnete der Plasmaerzeugungsvorrichtung können verwendet werden, um das Magnetronplasma zu erzeugen und es über die Teilchen-Kontrollflächen streichen zu lassen). Falls gewünscht kann jedoch eine derartige Hilfsausstattung der Plasmaerzeugungsvorrichtung hinzugefügt werden, um die Aufgaben der Erfindung zu lösen.
Die elektrische Vorspannungseinrichtung 90 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a)-(c) erklärt. Fig. 3(a) zeigt eine Ausführungsform, in der das Plasma unter Verwendung einer Gleichspannungsversorgung 91 erzeugt werden kann. Die Fig. 3(b)-(c) zeigen Ausführungsformen, in denen die Teilchen-Kontrollflächen mit einer Isolierungsschicht beschichtet sind und somit die Verwendung von Hochfrequenzspannung benötigen, um die Teilchen-Kontrollfläche vorzuspannen. In diesem Fall kann der Trichter 24 und die die Probe umgebende Fläche 27 getrennt durch Hochfrequenzgeneratoren 92 und 93, Anpassungsnetzwerke 94 und 95 und Sperrkondensatoren 98 versorgt werden, wie in Fig. 3(b) gezeigt, oder gemeinsam unter Verwendung eines Hochfrequenzgenerators 96, einer Spaltphasenanpassung 97 und einem Sperrkondensator 98, wie in Fig. 3(c) gezeigt ist.
In Fig. 3(b) ist jede Teilchen-Kontrollfläche und das entsprechende Magnetronplasma eine Hochfrequenzlast und besitzt eine Impedanz, die von der Größe/Geometrie der Teilchen-Kontrollfläche und der Kammer und von den Eigenschaften des Magnetronplasmas abhängt. Diese Lastimpedanz muß an die Standardimpedanz des Hochfrequenzgenerators angepaßt werden. Die Anpassung muß natürlich kompatibel sowohl mit der verwendeten Hochfrequenz und Spannung als auch mit dem Lastimpedanzbereich sein. Die Anpassung muß entweder eingebaut oder zusätzlich an seinem Ausgangsanschluß angebracht einen Gleichstrom-Sperrkondensator aufweisen, um es der Teilchen-Kontrollfläche zu erlauben, eine Gleichspannungs-Selbstvorspannung von dem Magnetronplasma aufzunehmen. Dies ist für die Plasmastabilität notwendig, wobei Überschußgleichstrom nun zum "Abfließen" von Ladung aus dem Plasma und zum Verbessern der Ätzrate der Teilchen-Kontrollfläche als Ergebnis der Selbstvorspannung, die positive Ionen zu einem energetischen Bombardement der Fläche beschleunigt, führen kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3(c), erlaubt die Spaltphasenanpassung, daß beide Teile gleichzeitig mit einer einzigen Anpassung und einem einzigen Generator betrieben werden. In diesem Fall enthält die Anpassung geerdete Gleichstromwege, und ein externer Kondensator muß an seinen Ausgangsanschlüssen hinzugefügt werden, um die Gleichstrom-Sperrfunktion zu erfüllen. Hinsichtlich der Hochfrequenz ist 400 kHz erwünscht, da niedrigere Frequenzen zu einem Bombardement mit höherenergetischen Ionen und somit zu einer höheren Ätzrate führen können. Andere Frequenzen, wie etwa 13,56 MHz können statt dessen verwendet werden, oder auch gleichzeitig an verschiedenen Teilchen-Kontrollflächen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann man das Magnetronplasma entlang der Fläche 25 abwärts und einwärts über die Fläche 27 einfach durch Vergrößern des Gleichstromes an der Hauptspule 14 streichen lassen. Da sich das Magnetronplasma über die Teilchen- Kontrollflächen 25, 27 bewegt, reagiert das Plasma mit jeglichen Fremdablagerungen und läßt die Ablagerungen an den Teilchen- Kontrollflächen verdunsten. Dieser Prozeß ist in den Fig. 4(a)-(d) gezeigt. In den Fig. 4(a)-(d) ist ein Magnetronplasma an dem Trichter 24 und der Spanneinrichtung 26 ausgebildet. Durch Verändern des an den Elektromagneten 14 gelieferten Stromes kann das Magnetronplasma 80 über die Flächen 25 des Trichters 24 abwärts bewegt werden, während das Magnetronplasma 82 einwärts über die Fläche 27 der Spanneinrichtung 26 bewegt wird. Weiterhin kann in Fig. 4(d) das Magnetronplasma 82 durch Hinzufügen einer kleinen Strommenge an die äußere Spule des Elektromagneten 28 zu einer radial ganz innenliegenden Position an der Fläche 27 der Spanneinrichtung 26 bewegt werden.
Es ist Fachleuten verständlich, daß das Verfahren gemäß der Erfindung mit einer Mehrzahl von Elektromagneten ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Mehrzahl von Elektromagneten um die Reaktionskammer und die Plasmakammer einer Mikrowellen-Plasmaerzeugungsvorrichtung herum angeordnet werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden zwei konzentrische Elektromagneten 14 und 28 verwendet, um das Magnetronplasma zu erzeugen. Es sollte bemerkt werden, daß es nicht notwendig ist, irgendeine Mikrowellenenergie zu liefern, wenn das Magnetronplasma ausgebildet wird. (d. h., das Magnetronplasma kann einfach durch Anlegen einer Hochfrequenz- oder einer Gleichspannungs-Vorspannung an die Flächen 25 und 27 und durch Erzeugen eines Magnetfeldes mit Elektromagneten 14 und 28 ausgebildet werden). In dieser Konfiguration wird das Magnetronplasma in zwei Kanäle eingeschlossen, die rückwärts und vorwärts über die Teilchen- Kontrollflächen 25 bzw. 27 geführt werden können, um jegliche Fremdablagerungen durch Verändern des an zumindest einem der Elektromagnete gelieferten Gleichstromes wegzuätzen.
Gemäß der Erfindung kann ein lokalisiertes Magnetronplasma an dem Trichter 24 durch Liefern eines Gleichstromes an die Spule des Elektromagneten 14 ausgebildet werden. Durch Verändern der an den Elektromagneten 14 gelieferten Strommenge kann das Magnetronplasma dann über die Fläche 25 des Trichters 24 geführt werden, um jegliche Fremdablagerungen wegzuätzen. Gleichzeitig kann auch die Spanneinrichtung 26 durch oder ohne Verändern des an den Elektromagneten 28 gelieferten Stromes gereinigt werden. Das Magnetronplasma wird vorzugsweise über der Fläche 27 der Spanneinrichtung 26 geführt, um jegliche Fremdablagerungen zu der gleichen Zeit wegzuätzen, zu der das Magnetronplasma über die Fläche 25 geführt wird. Das heißt, durch einfaches Verändern der an die Spule 14 gelieferten Strommenge können die magnetischen Induktionslinien von 0,02-0,05 T (200-500 G), die in die Teilchen-Kontrollflächen 25, 27 eintreten und aus diesen austreten, verschoben werden, um dabei das Magnetronplasma über jene Flächen streichen zu lassen.
Das Reinigen der Teilchen-Kontrollflächen in-situ kann folgendermaßen durchgeführt werden. Den Teilchen-Kontrollflächen 25, 27 kann eine Hochfrequenz-Vorspannung mittels einer Hochfrequenzenergiequelle, die Hochfrequenzenergie bei 400 kHz liefert, angelegt werden. Wie in der Fig. 3(a) gezeigt, kann die Hauptspule 14 mit einem Gleichstrom von +10 A versorgt werden, die innere Spule 28a der Spule 28 kann mit einem Gleichstrom von -17 A versorgt werden, und die äußere Spule 28b der Spule 28 kann ausgeschaltet werden, wodurch ein erstes ringförmiges Magnetronplasma 80 an dem radial am weitesten innenliegenden Teil der Fläche 25 erzeugt worden ist, und ein zweites ringförmiges Magnetronplasma 82 wird an einem radial am weitesten außen liegenden Teil der Fläche 27 erzeugt. Wie in der Fig. 3b gezeigt, bewegt sich das ringförmige Magnetronplasma 80 dann, wenn der Strom für die Spule 14 von +10 A auf +20 A erhöht wird, radial auswärts entlang der Fläche 25 und das ringförmige Plasma 82 bewegt sich radial einwärts entlang der Fläche 27. Wie in Fig. 3c gezeigt werden die ringförmigen Magnetronplasmen 80, 82 durch Vergrößern des Stromes für die Spule 14 von +20 A auf +30 A weiter bewegt. Wie in Fig. 3d gezeigt, können die ringförmigen Magnetronplasmen 80, 82 durch Liefern einer kleinen Strommenge (z. B. +2 A) an die äußere Spule 28b noch weiter bewegt werden. Somit kann durch Verändern der Strommengen und/oder der Polarität der an die Spulen 14, 28a und/oder 28b gelieferten Ströme das Magnetronplasma über die Teilchen-Kontrollflächen geführt werden.
Vorstehend sind die Prinzipien, die bevorzugten Ausführungsformen und die Betriebsarten der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Jedoch sollte die Erfindung nicht als auf bestimmte diskutierte Ausführungsformen beschränkt zergliedert werden. Somit sollten die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eher als illustrativ als einschränkend betrachtet werden, und es sollte klar sein, daß durch Fachleute Veränderungen an jenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Plasmaerzeugungsvorrichtung, die geeignet ist, Rückstände in einer Plasmareaktionskammer in der Vorrichtung in-situ zu entfernen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine Reaktionskammer mit einem Probenhalter, an dem eine Probe mit dem Plasma behandelt werden kann;

eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen von Gas in die Reaktionskammer;

eine Elektromagneteinrichtung, die zumindest eine Elektromagnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der Reaktionskammer aufweist, wobei das Magnetfeld geeignet ist, ein Magnetronplasma zu erzeugen;

mindestens eine Teilchen-Kontrollfläche mit einer Form, die durch die Elektromagneteinrichtung erzeugte magnetische Induktionslinien kreuzt und geeignet ist, ein lokalisiertes Magnetronplasma zu erzeugen;

eine Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an die Teilchen-Kontrollfläche; und

eine Stromversorgungseinrichtung, um die Elektromagneteinrichtung mit einer einstellbaren Gleichstrommenge zu versorgen, so daß ein ringförmiges Magnetronplasma in Kontakt mit der Teilchen-Kontrollfläche ausgebildet ist und das ringförmige Magnetronplasma über die Teilchen- Kontrollfläche geführt werden kann, um die Ablagerungen von der Teilchen- Kontrollfläche zu entfernen.

2. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Plasmaerzeugungskammer und eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Mikrowellenfeldes in der Plasmaerzeugungskammer aufweist.

3. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Teilchen-Kontrollfläche eine Form aufweist, die durch die Elektromagneteinrichtung erzeugte magnetische Induktionslinien von 0,02-0,05 T (200-500 G) kreuzt.

4. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen-Kontrollfläche an einem Trichter in der Reaktionskammer angeordnet ist.

5. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen-Kontrollfläche an einem Probenhalter in der Reaktionskammer angeordnet ist.

6. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektromagneteinrichtung eine Hauptspule, welche eine Plasmakammer der Vorrichtung umgibt, und eine Spiegelspule, welche die Reaktionskammer umgibt, aufweist.

7. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Spiegelspule eine innere und eine äußere Spule und dazwischen einen Eisenkern aufweist.

8. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Stromversorgungseinrichtung eine unabhängig einstellbare Gleichstrommenge an die Hauptspule, die innere Spule und die äußere Spule liefert.

9. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen-Kontrollfläche eine konische Fläche aufweist.

10. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen-Kontrollfläche eben ist und den Probenhalter umgibt.

11. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Plasmaerzeugungskammer und eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Mikrowellenfeldes in der Plasmakammer aufweist, wobei die mindestens eine Teilchen-Kontrollfläche eine Fläche eines sich von einer Auslaßöffnung der Plasmakammer in die Reaktionskammer hinein erstreckenden Trichters und eine Fläche einer Spanneinrichtung, an welcher der Probenhalter angeordnet ist, aufweist.

12. Verfahren zum Entfernen von Fremdablagerungen von einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine Reaktionskammer, einen Substrathalter in der Reaktionskammer, um eine durch das Plasma zu behandelnden Probe zu halten, einen Elektromagneteinrichtung, der mindestens einen Elektromagneten aufweist, mindestens eine Teilchen-Kontrollfläche, die eine Form aufweist, die durch die Elektromagneteinrichtung erzeugte magnetische Induktionslinien kreuzt, eine Stromversorgungseinrichtung, um die Elektromagneteinrichtung mit einer einstellbaren Gleichstrommenge zu versorgen, so daß ein ringförmiges Magnetronplasma in Kontakt mit der Teilchen-Kontrollfläche ausgebildet ist und das ringförmige Magnetronplasma über die Teilchen- Kontrollfläche geführt werden kann, und eine Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an die von dem Magnetronplasma zu überstreichende Teilchen-Kontrollfläche, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Einleiten eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer;

Anlegen einer elektrischen Vorspannung an die Teilchen-Kontrollfläche;

Liefern einer ersten Gleichstrommenge an den Elektromagneten, um ein mit der Teilchen-Kontrollfläche in Kontakt befindliches ringförmiges Magnetronplasma auszubilden; und

Verändern der an den Elektromagneten gelieferten Gleichstrommenge, so daß sich das ringförmige Magnetronplasma über die Teilchen-Kontrollfläche bewegt und Ablagerungen an dieser entfernt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Anlegens einer Vorspannung an die Teilchen- Kontrollfläche durch Liefern eines Gleichstromes an die Teilchen- Kontrollfläche und durch Ausbilden eines Gleichstrom-Magnetronplasmas ausgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13; wobei die Fremdablagerungen mindestens ein elektrisch leitfähiges Metall aufweisen.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Anlegens einer Vorspannung an die Teilchen- Kontrollfläche durch Liefern eines Hochfrequenzstromes an die Teilchen- Kontrollfläche und durch Ausbilden eines Hochfrequenz-Magnetronplasmas ausgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Fremdablagerung SiOx und das Reaktionsgas ein fluorhaltiges Gas aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Reaktionsgas NF&sub3; aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung eine Plasmaerzeugungskammer und eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Mikrowellenfeldes in der Plasmaerzeugungskammer aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zumindest eine Teilchen-Kontrollfläche eine Form aufweist, die durch die Elektromagneteinrichtung erzeugte magnetische Induktionslinien von 0,02-0,05 T (200-500 G) kreuzt.

20. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Teilchen-Kontrollfläche eine im allgemeinen konische Fläche aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Teilchen-Kontrollfläche im allgemeinen koplanar mit dem Probenhalter ist und diesen umgibt.

22. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung eine Plasmaerzeugungskammer, die Elektromagneteinrichtung eine Hauptspule, welche die Plasmakammer umgibt, und eine Spiegelspule, welche die Reaktionskammer umgibt, aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Spiegelspule eine innere und eine äußere Spure und dazwischen einen Eisenkern aufweist.

24. Verfahren nach Anspruch 12, wobei während des Schrittes des Veränderns des Stromes für den Elektromagneten die von der Stromversorgungseinrichtung an die Hauptspule gelieferte Strommenge vergrößert wird und sich das ringförmige Magnetronplasma radial auswärts entlang der Teilchen- Kontrollfläche bewegt.