-
Die Erfindung betrifft ein Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem zum
Durchführen einer Verarbeitung, wie z. B. Ätzen, Lackentfernung durch
Plasmaeinwirkung oder Dünnfilmbildung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
-
Bei einem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem wird eine Gasentladung in
einem Vakuumgefäß mit reduziertem Druck oder einem niedrigen Gasdruck
durch Einleiten von Mikrowellen in das Gefäß erzeugt, wodurch ein Plasma
erzeugt wird, und wird die Oberfläche eines Substrats, das eine Probe ist, mit
dem erzeugten Plasma bestrahlt, so dass eine Verarbeitung, wie z. B. Ätzen
oder Dünnfilmbildung, auf dem Substrat erfolgt. Da ein solches Plasmasystem
bei der Herstellung einer hochintegrierten Halbleitervorrichtung u. ä. essentiell
ist, wird eine intensive Forschung und Entwicklung an dem System
durchgeführt. Insbesondere ist ein Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem, bei dem
das Erzeugen eines Plasmas und die Beschleunigung von Ionen in dem
erzeugten Plasma unabhängig voneinander steuerbar sind, für das
Trockenätzverfahren und das Verdeckungsverfahren für die Dünnfilmbildung
wünschenswert.
-
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 400
gemäß JP-A-06104098. Das System ist zum unabhängigen Steuern der
Erzeugung eines Plasmas und der Beschleunigung von Ionen in dem Plasma
vorgesehen. Insbesondere ist das System zum Erzeugen einer stabilen
Vorspannung an der Oberfläche einer Probe vorgesehen, wenn ein elektrisches
Feld mit hoher Frequenz an einen Probenhalter angelegt wird, um die Energie
von Ionen in einem Plasma zu optimieren und die Oberfläche der Probe
senkrecht mit Ionen zu bestrahlen. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 40
einen Reaktor aus Metall, wie z. B. Aluminium oder rostfreiem Stahl. Der
Reaktor 40 ist von einem Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 luftdicht unterteilt. Das
Fenster weist eine feuerfeste Platte aus einem Material, wie z. B. Quarzglas
oder Al&sub2;O&sub3; auf, die für Mikrowellen durchlässig ist, einen geringen
dielektrischen Verlust hervorruft und wärmebeständig ist.
-
Im oberen Bereich des Reaktors 40, der von dem Mikrowellen-Eintrittsfenster
45 unterteilt ist, befindet sich ein dielektrischer Durchgang 44 gegenüber dem
Mikrowellen-Eintrittsfenster 45, von dem er um eine vorbestimmte Distanz
beabstandet ist und der eine Größe hat, die zum Abdecken des Mikrowellen-
Eintrittsfensters 45 ausreicht. Der dielektrische Durchgang 44 besitzt eine
dielektrische Schicht 44a aus einem dielektrischen Material, welches einen
geringen dielektrischen Verlust hervorruft, wie z. B. Fluorharz, Polystyrol oder
Polyethylen, und eine Metallplatte 44b aus Al o. ä. auf der oberen Fläche der
dielektrischen Schicht 44a. Mikrowellen werden von einem
Mikrowellen-Oszillator 47 über einen Wellenleiter 46 in den dielektrischen Durchgang 44
eingeleitet. Das Ende des dielektrischen Durchgangs 44 wird von der Metallplatte
44b abgedichtet.
-
Im unteren Bereich, der von dem Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 unterteilt ist,
ist eine Reaktionskammer 41 ausgebildet. Ein Probentisch 42 mit einem
Probenhalter 42a zum Halten einer zu verarbeitenden Probe S ist in der
Reaktionskammer 41 angeordnet. Eine Hochfrequenz-Energiequelle 43 zum
Erzeugen einer Vorspannung an der Oberfläche der Probe S ist mit dem
Probenhalter 42a verbunden. Der Probenhalter 42a weist einen Saugmechanismus, wie
z. B. eine elektrostatische Vakuumansaugvorrichtung, zum Ansaugen der
Probe S und einen Kühlmechanismus, bei dem ein umlaufendes Kühlmittel o. ä.
verwendet wird, zum Kühlen der Probe S auf. Eine Metallplatte 51, die über
den Reaktor 40 mit der Masse 52 verbunden ist, ist in engem Kontakt mit der
unteren Fläche des Mikrowellen-Eintrittsfensters 45, das gegenüber der Probe
S vorgesehen ist, angeordnet. Eine große Anzahl von Schlitzen (oder Löchern)
51a ist in der Metallplatte 51 ausgebildet, so dass Mikrowellen in die
Reaktionskammer 41 eintreten. Die Metallplatte 51 dient als Anode, die einer
Kathode (dem Probenhalter 42a) gegenüberliegt, welche mit der Hochfrequenz-
Energiequelle 43 verbunden ist, wodurch eine charakteristische Vorspannung
in der auf der Kathode montierten Probe S erzeugt werden kann.
-
Die Seitenwand der Reaktionskammer 41 weist eine doppelwandige Struktur
auf, so dass ein als Durchgang 50 für Kühlwasser ausgebildeter Hohlraum in
der doppelwandig ausgeführten Seitenwand ausgebildet ist. Eine
Kühlwassereinlassleitung 50a und eine Kühlwasserauslassleitung 50b stehen mit dem
Durchgang 50 in Verbindung. Eine Gaszuführleitung 48, durch die zum
Erzeugen eines Plasmas benötigte Gase der Reaktionskammer 41 zugeführt
werden, ist mit dem oberen Bereich der Seitenwand verbunden. Ein
Gasauslassport 49, der mit einer Entleerungsvorrichtung verbunden ist und durch den
die Reaktionskammer 41 entleert wird, um ein Vakuum zu erzeugen, ist mit
dem unteren Bereich der Seitenwand gekoppelt.
-
Im Folgenden wird der Fall beschrieben, in dem eine Verarbeitung, z. B.
Ätzen, auf der Oberfläche der Probe S in dem so ausgebildeten Mikrowellen-
Plasmaverarbeitungssystem 400 durchgeführt wird.
-
Zunächst erfolgt die Entleerung durch den Gasauslassport 49, um das Innere
der Reaktionskammer 41 auf einen vorbestimmten Druck einzustellen, und
dann wird das Reaktionsgas durch die Gaszuführleitung 48 geführt.
Kühlwasser wird von der Kühlwassereinlassleitung 50a zugeführt, zirkuliert in dem
Hohlraum 50 und strömt dann in die Kühlwasserauslassleitung 50b. Dann
oszilliert der Mikrowellen-Oszillator 47 zwecks Ausgabe von Mikrowellen und
werden die erzeugten Mikrowellen über den Wellenleiter 46 in den
dielektrischen Durchgang 44 eingeleitet, so dass ein elektrisches Feld unter dem
dielektrischen Durchgang 44 erzeugt wird. Das erzeugte elektrische Feld wird
über das Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 übertragen und durchläuft die
Schlitze (oder Löcher) 51a der geerdeten Metallplatte 51, so dass ein Plasma in der
Reaktionskammer 41 erzeugt wird. Gleichzeitig legt die
Hochfrequenz-Energiequelle 43 zur Steuerung der Anisotropie und der Beschleunigung von Ionen
im Plasma ein elektrisches Feld mit hoher Frequenz an den Probenhalter 42a
an, auf dem die Probe S montiert ist. Dann wird durch die Wirkung der geerdeten
Metallplatte 51 eine stabile Vorspannung an der Oberfläche der Probe S
erzeugt. Die Vorspannung bewirkt, dass die Ionen senkrecht auf die Probe S
auftreffen, und steuert die Energie der auf die Probe S auftreffenden Ionen,
wodurch die Ätzbedingungen optimiert werden.
-
Beim Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem werden die Reaktionsgase in
die Reaktionskammer 41 eingeleitet, indem diese über die Gaszuführleitung
48 die Seitenwände des Reaktors 40 (der Reaktionskammer 41) durchlaufen
und nicht direkt zur Probe S geleitet werden. Daher ist es schwierig, die
Ausnutzungseffizienz der Reaktionsgase zu verbessern, und ist der Gasstrom in
Richtung der verarbeiteten Fläche der Probe S ungleichmäßig. Folglich ist es
schwierig, die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung, wie z. B. der Ätzrate, und
das Selektionsverhältnis von SiO&sub2; relativ zu Si zu verbessern.
-
Damit das von dem dielektrischen Durchgang 44 erzeugte elektrische Feld
über das Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 in die Reaktionskammer 41 eintreten
kann, sind die eine schlitzartige oder kreisrunde Form aufweisenden
Mikrowellen-Durchlasslöcher 51a in der Metallplatte 51 ausgebildet. Es wird jedoch die
zum Erzeugen eines gleichförmigen Plasmas mit hoher Dichte geeignete Form
der Mikrowellen-Durchlasslöcher 51 nicht offenbart.
-
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Mikrowellen-
Plasmaverarbeiturigssystems, das von dem Anmelder in JP-A-0 6-104098
beschrieben ist und dessen Aufgabe das unabhängige Steuern eines Plasmas
und die Beschleunigung von Ionen in dem Plasma ist.
-
Bei dem System ist eine Metallplatte 53 derart angeordnet, dass sie mit der
unteren Fläche eines Mikrowellen-Eintrittsfensters 45 in Kontakt steht oder in
der Mitte zwischen dem Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 und einem
Probenhalter 42a positioniert ist. Mehrere Schlitze 53a, die orthogonal zur Mikrowellen-
Laufrichtung eine langgestreckte Form aufweisen, sind in der Metallplatte 53
ausgebildet. Die Metallplatte 53 ist über einen Reaktor 40 (mit 52 bezeichnet)
geerdet. Der Probenhalter 42a zum Halten einer Probe S und ein Probentisch
54, auf dem der Halter montiert ist, sind gegenüber der Metallplatte 53 in
einer Reaktionskammer 41 angeordnet. Der Probentisch 54 ist mit einem
Betätigungsmechanismus gekoppelt, so dass er vertikal auf und ab bewegt wird.
Die anderen Komponenten, die den in Fig. 1 gezeigten ähnlich sind, sind mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Bei dem so ausgeführten Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem erfolgt z. B.
ein Ätzen der Oberfläche der Probe S auf dem Probehalter 42a wie folgt.
Zunächst wird die Position der auf dem Probenhalter 42a montierten Probe S
mittels des Betätigungsmechanismus eingestellt, so dass die Probe in einer
vorbestimmten Höhe positioniert ist. Danach erfolgt das Entleeren durch einen
Auslassport 49. Reaktionsgase werden dann über die Gaszuführleitung 48 in
die Reaktionskammer 41 eingeleitet, und das Innere der Reaktionskammer 41
wird auf einen Solldruck eingestellt. Kühlwasser wird von der
Kühlwassereinlassleitung 50a zugeführt, zirkuliert in dem Durchgang 50 und strömt dann in
die Kühlwasserauslassleitung 50b. Dann oszilliert der Mikrowellen-Oszillator
47 zwecks Ausgabe von Mikrowellen und werden die erzeugten Mikrowellen
über den Wellenleiter 46 in den dielektrischen Durchgang 44 eingeleitet, so
dass ein elektrisches Feld unter dem dielektrischen Durchgang 44 erzeugt
wird. Das erzeugte elektrische Feld wird über das Mikrowellen-Eintrittsfenster
45 übertragen und durchläuft die Schlitze 53a in der geerdeten Metallplatte
53, so dass ein Plasma in der Reaktionskammer 41 erzeugt wird. Dann legt
die Hochfrequenz-Energiequelle 43 ein elektrisches Feld mit hoher Frequenz
an den Probenhalter 42a an, so dass durch die Wirkung der geerdeten
Metallplatte 53 eine stabile Vorspannung an der Oberfläche der Probe S erzeugt
wird. Dann erfolgt das Ätzen, wobei durch die stabil erzeugte Vorspannung die
Ionen in dem Plasma senkrecht auf die Probe S auftreffen und die Energie der
Ionen gesteuert wird.
-
Bei dem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem ist die die Schlitze 53a
aufweisende geerdete Metallplatte 53 derart angeordnet, dass sie mit dem
Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 in Kontakt steht oder in der Mitte zwischen dem
Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 und dem Probenhalter 42a positioniert ist.
-
Folglich ist das Massepotential in Bezug auf das Plasma stabil, so dass das
Plasmapotential stabilisiert ist. Wenn das elektrische Feld mit hoher Frequenz
an den Probenhalter 42a angelegt ist, kann daher eine stabile Vorspannung
an der Oberfläche der Probe S erzeugt werden, kann die Energie der Ionen in
dem Plasma optimiert werden und können die Ionen die Oberfläche der
Proben senkrecht bestrahlen. Wenn das Verhältnis des Gesamtbereichs der
Schlitze 53a zu dem äußeren Formbereich der Metallplatte 53 klein ist, kann
eine stabile Vorspannung erzeugt werden. In einem solchen Fall tritt jedoch
dahingehend ein Problem auf, dass es schwierig ist, einen auf ein
ausreichendes Durchlassen von Mikrowellen basierenden stabilen
Plasmaentladungszustand aufrechtzuerhalten.
-
Im Gegensatz dazu kann, wenn das Verhältnis des Gesamtbereichs der
Schlitze 53a zu dem äußeren Formbereich der Metallplatte 53 groß ist, eine stabile
Plasmaentladung erzeugt werden. Es tritt jedoch dahingehend ein Problem
auf, dass es schwierig ist, die auf einem charakteristischen Massepotential
basierende gleichmäßige und hohe Vorspannung zu erzeugen.
-
In EP-A 0 264 913 ist eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung mit einem
kreisförmigen Hohlraumresonator beschrieben, dem Mikrowellen über einen
Wellenleiter zugeführt werden. Auf der anderen Seite des kreisrunden
Hohlraumresonators ist eine mit einer Keramikplatte abgedeckte geschlitzte Platte
vorgesehen. Die Schlitze der geschlitzten Platte lassen Mikrowellen in eine
Plasmaproduktionskammer durch. Die geschlitzte Platte weist eine kontinuierliche
konzentrische Gasströmungsnut und eine große Anzahl von Gasstrahlporen
auf, die die Nut mit der Plasmaproduktionskammer verbinden.
-
Die Erfindung dient zur Lösung der oben dargelegten Probleme. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem
bereitzustellen, das in der Lage ist, die Effizienz der Ausnutzung von
Reaktionsgasen zu erhöhen und die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung, wie z. B. die der
Ätzrate, und das Selektionsverhältnis durch Vergleichmäßigung des
Reaktionsgasstroms zu verbessern.
-
Das erfindungsgemäße Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem ist durch die
Merkmale von Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
-
Bei einem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem wird vorzugsweise, zum
Verbessern der Effizienz der Ausnutzung von Reaktionsgasen und der
Gleichmäßigkeit der Verarbeitung, bewirkt, dass die Reaktionsgase senkrecht zu der
Oberfläche einer zu verarbeitenden Probe strömen. Insbesondere beim Ätzen
von SiO&sub2;, durch das das Selektionsverhältnis durch Anwenden von CVD oder
Verwenden einer aufgedampften Schicht erhöht wird, wird die Gleichmäßigkeit
der Verarbeitung zum großen Teil von dem Reaktionsgasstrom beeinflusst.
-
Bei dem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem mit der oben beschriebenen
Konfiguration ist der Pufferraum für Reaktionsgase in dem Leiter ausgebildet
und sind die mehreren Löcher, durch die die Gase von dem
Reaktionsgas-Pufferraum in Richtung des Probenhalters geblasen werden, in der dem
Probenhalter gegenüberliegenden Fläche des Leiters ausgebildet. Daher werden die
Reaktionsgase vorübergehend in den Reaktionsgas-Pufferraum eingeleitet und
dann senkrecht und gleichmäßig von dem mehreren Löchern zu der Fläche
einer zu verarbeitenden und auf dem Probenhalter montierten Probe geleitet.
Dadurch können die Reaktionsgase auf effiziente Weise und direkt die Fläche
der zu verarbeitenden Probe erreichen. Das heißt, dass die Reaktionsgase die
Fläche der zu verarbeitenden Probe ohne Umwege erreichen kann, so dass
verhindert wird, dass die Gase von der Seitenwand u. ä. aufgenommen und
somit verschwendet werden. Folglich kann die Effizienz der Ausnutzung der
Reaktionsgase im Vergleich zu einem herkömmlichen
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem verbessert werden. Ferner kann der Reaktionsgasstrom zur
Fläche der zu verarbeitenden Probe vergleichmäßigt werden. Daher können
die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung, wie z. B. die der Ätzrate, und das
Selektionsverhältnis verbessert werden.
-
Die oben genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung
werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der beiliegenden
Zeichnungen verdeutlicht.
-
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems;
-
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines weiteren
herkömmlichen Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems;
-
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems gemäß Ausführungsform 1;
-
Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht einer in Fig. 3 gezeigten
Metallplatte;
-
Fig. 4B zeigt eine Unteransicht der in Fig. 3 gezeigten Metallplatte;
-
Fig. 5A zeigt eine grafische Darstellung der Ätzrate eines SiO&sub2;-Films und
des Selektionsverhältnisses des SiO&sub2;-Films in Bezug auf Si von
Ausführungsform 1; und
-
Fig. 5B zeigt eine grafische Darstellung der Ätzrate eines SiO&sub2;-Films und
des Selektionsverhältnisses des SiO&sub2;-Films in Bezug auf Si in
einem herkömmlichen System.
-
Im Folgenden ist die Erfindung anhand der die Ausführungsformen zeigenden
Zeichnungen detailliert beschrieben.
Ausführungsform 1
-
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In der Figur bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Reaktor mit einer hohlen rechteckigen
Parallelepiped-Form. Der Reaktor 1 ist aus einem Metall, wie z. B. Aluminium oder
einem rostfreiem Stahl, gefertigt. Der Reaktor 1 ist von einem
Mikrowellen-Eintrittsfenster 45 luftdicht unterteilt. Das Fenster 5 weist eine feuerfeste Platte
aus einem Material, wie z. B. Quarzglas oder Al&sub2;O&sub3; auf, die für Mikrowellen
durchlässig ist, einen geringen dielektrischen Verlust hervorruft und
wärmebeständig ist.
-
Im oberen Bereich des Reaktors 1, der von dem Mikrowellen-Eintrittsfenster 5
unterteilt ist, befindet sich ein dielektrischer Durchgang 4 gegenüber dem
Mikrowellen-Eintrittsfenster 5, von dem er um eine vorbestimmte Distanz
beabstandet ist und der eine Größe hat, die zum Abdecken des
Mikrowellen-Eintrittsfensters 5 ausreicht. Der dielektrische Durchgang 4 besitzt eine
dielektrische Schicht 4a aus einem dielektrischen Material, welches einen geringen
dielektrischen Verlust hervorruft, wie z. B. Fluorharz, Polystyrol oder
Polyethylen, und eine Metallplatte 4b aus Al o. ä. auf der oberen Fläche der
dielektrischen Schicht 4a. Mikrowellen werden von einem Mikrowellen-Oszillator 7
über einen Wellenleiter 6 in den dielektrischen Durchgang 4 eingeleitet. Das
Ende des dielektrischen Durchgangs 4 wird von der Metallplatte 4b
abgedichtet.
-
Im unteren Bereich, der von dem Mikrowellen-Eintrittsfenster 5 unterteilt ist,
ist eine Reaktionskammer 21 ausgebildet. Ein Probentisch 2 mit einem
Probenhalter 2a zum Halten einer zu verarbeitenden Probe S ist in der
Reaktionskammer 21 angeordnet. Eine Hochfrequenz-Energiequelle 3 zum Erzeugen
einer Vorspannung an der Oberfläche der Probe S ist mit dem Probenhalter 2a
verbunden. Der Probenhalter 2a weist einen Saugmechanismus, wie z. B. eine
elektrostatische Vakuumansaugvorrichtung, zum Ansaugen der Probe S und
einen Kühlmechanismus, bei dem ein umlaufendes Kühlmittel o. ä. verwendet
wird, zum Kühlen der Probe S auf. Eine Metallplatte 11, die über den Reaktor
1 mit der Masse 22 verbunden ist, ist in engem Kontakt mit der unteren
Fläche des Mikrowellen-Eintrittsfensters 5, das gegenüber der Probe S
vorgesehen ist, angeordnet. Die Metallplatte 11 dient als Anode, die einer Kathode
(dem Probenhalter 2a) gegenüberliegt, welche mit der
Hochfrequenz-Energiequelle 3 verbunden ist, wodurch eine charakteristische Vorspannung in der
auf der Kathode montierten Probe S erzeugt werden kann.
-
Die Seitenwand der Reaktionskammer 21 weist eine doppelwandige Struktur
auf, so dass ein als Durchgang 10 für Kühlwasser ausgebildeter Hohlraum in
der doppelwandig ausgeführten Seitenwand ausgebildet ist. Kühlwasser wird
von einer Kühlwassereinlassleitung 10a in den Durchgang 10 eingeleitet und
strömt dann von dort in eine Kühlwasserausgangsleitung 10b. Eine
Gaszuführleitung 8, durch die zum Erzeugen eines Plasmas benötigte Gase der
Reaktionskammer 21 zugeführt werden, ist mit dem oberen Bereich der
Seitenwand verbunden. Ein Gasauslassport 9, der mit einer Entleerungsvorrichtung
verbunden ist und durch den die Reaktionskammer 1 entleert wird, um ein
Vakuum zu erzeugen, ist mit dem unteren Bereich der Seitenwand gekoppelt.
-
Das Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100 unterscheidet sich in seiner
Konfiguration in folgenden Punkten von dem in Fig. 1 gezeigten
herkömmlichen Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 400. Bei dem Mikrowellen-
Plasmaverarbeitungssystem 400 ist die Metallplatte 51, die der geerdete
Leiter mit Mikrowellen-Durchlasslöchern ist, in engem Kontakt mit der unteren
Fläche des Mikrowelleneintrittsfensters 45 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist
bei dem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100 die Metallplatte 11, in
der ein Gaspufferraum 11a ausgebildet ist, als Leiter in engem Kontakt mit
der unteren Fläche des Mikrowelleneintrittsfensters 5 angeordnet und steht
die Gaszuführleitung 8 mit dem Gaspufferraum 11a in Verbindung.
-
Die Konfiguration der Metallplatte 11 wird anhand von Fig. 4A, 4B
beschrieben.
-
Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht der Metallplatte 11 von der Seite
des Mikrowellen-Eintrittsfensters 5 aus gesehen, und Fig. 4B zeigt eine
Unteransicht der dem Probenhalter 2a gegenüberliegenden Fläche der Metallplatte
11. Gemäß Fig. 4A sind schlitzartige Mikrowellen-Durchlasslöcher 12 in der
Metallplatte 11 ausgebildet. Die Mikrowellen-Durchlasslöcher 12 durchdringen
die Metallplatte von der Fläche, die mit dem Mikrowellen-Eintrittsfenster 5 in
Kontakt steht, zu der dem Probenhalter 2a gegenüberliegenden Fläche. Ein
Gaseintrittsport 11b, durch den die Gase von der Gaszuführleitung 8 in den
Gaspufferraum 11a geleitet werden, ist in der Mitte einer Seitenfläche der
Metallplatte 11 ausgebildet. Andererseits ist eine große Anzahl von kleinen
Löchern 13, durch die die in den Gaspufferraum 11a eingeleiteten Gase von der
Gaszuführleitung 8 in Richtung der Fläche der zu verarbeitenden Probe S
geblasen werden, in derjenigen Fläche der Metallplatte 11 ausgebildet, die dem
Probenhalter 2a gegenüberliegt. Die Löcher 13 haben einen vorbestimmten
Durchmesser (z. B. ungefähr 1 mm).
-
Die Metallplatte 11 ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Al,
gefertigt und über den Reaktor 1 mit der Masse 22 verbunden. Daher dient
die Metallplatte 11 als Anodenelektrode in Bezug auf den Probenhalter 2a
(Kathodenelektrode), der mit der Hochfrequenz-Energiequelle 3 verbunden ist.
Da die Mikrowellen-Durchlasslöcher 12 in der Metallplatte 11 ausgebildet sind,
werden Mikrowellen über das Mikrowellen-Eintrittsfenster 5 und die
Mikrowellen-Durchlasslöcher 13 in die Reaktionskammer 21 eingeleitet. Der mit der
Gaszuführleitung 8 verbundene Gaseintrittsport 11b ist in der Mitte einer
Seitenfläche der Metallplatte 11 ausgebildet, und die große Anzahl von kleinen
Löchern 13 mit einem vorbestimmten Durchmesser ist in der dem Probentisch
2 gegenüberliegenden Fläche ausgebildet. Folglich werden die durch die
Gaszuführleitung 8 geleiteten Gase vorübergehend in dem Gaspufferraum 11a
gespeichert und danach von den kleinen Löchern 13 aus in Richtung der
Fläche der zu verarbeitenden Probe S geblasen.
-
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, kann bei dem
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100 gemäß der Ausführungsform, da die mit
der Masse 22 verbundene Metallplatte 11 als Gegenelektrode
(Anodenelektrode) in Bezug auf den mit der Hochfrequenz-Energiequelle 3 verbundenen
Probenhalter 2a (Kathodenelektrode) dient, auf die gleiche Weise wie bei dem
herkömmlichen Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 400 das Plasmapotential
stabilisiert werden und eine stabile Vorspannung an der Oberfläche der
Probe S erzeugt werden. Dadurch kann die Energie der Ionen in einem Plasma
optimiert werden und können Ionen die Fläche der zu verarbeitenden Probe S
senkrecht bestrahlen. Bei dem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100
werden, da die Gase von der großen Anzahl von kleinen Löchern 13 mit dem
vorbestimmten Durchmesser aus geblasen werden, die Gase ferner
gleichmäßig und senkrecht relativ zu der Fläche der zu verarbeitenden Probe S
geblasen, so dass der Gasstrom in Richtung der zu verarbeitenden Fläche
gleichmäßig gehalten werden kann. Verglichen mit der Verwendung des
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 400 können daher durch Verwendung des
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 100 die Effizienz der Ausnutzung
von Gasen und die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung, wie z. B. die der
Ätzrate, und das Selektionsverhältnis in Bezug auf unterschiedliche Materialien
verbessert werden. Die vorstehende Beschreibung wird anhand spezifischer
Werte bewiesen.
-
Das Ätzen eines Siliziumoxidfilms (SiO&sub2;-Films) erfolgte Verwendung des in Fig.
3 gezeigten Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 100. Als Probe S
wurden 8 Inch große Silizium-Wafers verwendet, auf denen ein SiO&sub2;-Film von
1 um ausgebildet war. Als Reaktionsgase wurden CF&sub4;, CHF&sub3; und Ar in einer
Menge von 30 sccm, 30 sccm bzw. 100 sscm verwendet. Der Gasdruck betrug
4 Pa (30 Torr). Eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz wurde
verwendet, und ein Plasma wurde mit einer Energie von 1 kW erzeugt. Ein
elektrisches Feld mit einer Frequenz von 400 kHz und einer Stärke von 60 Watt
wurde an den Probenhalter 2a angelegt. Als vergleichbares Beispiel erfolgte
ein Ätzen eines SiO&sub2;-Films unter den gleichen Bedingungen wie oben
beschrieben unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 400. Die Ergebnisse wurden miteinander verglichen. Die
Vergleichsergebnisse sind in Fig. 5A und 5B dargestellt.
-
Fig. 5 A zeigt eine grafische Darstellung der mit dem
Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 100 erzielten Ergebnisse, und Fig. 5B zeigt eine grafische
Darstellung der mit dem Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystem 400 erzielten
Ergebnisse. In Fig. 5A und 5B zeigen die mit O markierten Kurven die
Ätzrate für den SiO&sub2;-Film und die mit A markierten Kurven das
Selektionsverhältnis in Bezug auf Si. Die Abszissen zeigen den Abstand von der Mitte
(= 0 mm) des Silizium-Wafers.
-
Bei Verwendung des Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 100 betrug die
durchschnittliche Ätzrate für den SiO&sub2;-Film 450 nm/min., die Gleichmäßigkeit
der Ätzrate in den 8 Inch großen Silizium-Wafers ± 5% und das
Selektionsverhältnis in Bezug auf Si ± 5%. Im Gegensatz dazu betrug bei Verwendung
des Mikrowellen-Plasmaverarbeitungssystems 400 die durchschnittliche
Ätzrate für den SiO&sub2;-Film 400 nm/min. und die Gleichmäßigkeit der Ätzrate in 8
Inch großen Silizium-Wafers ± 5%, das Selektionsverhältnis in Bezug auf Si
jedoch ± 15%. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Phänomen folgende
Gründe hat. Beim Ätzen des SiO&sub2;-Films werden Ionen von der Vorspannung
mit Energien versorgt und erfolgt der Ätzprozess aufgrund dieser Energien.
Wenn das Plasma und die Vorspannung gleichmäßig verteilt sind, erhält man
daher eine gleichmäßige Ätzverteilung. Im Gegensatz dazu wird davon
ausgegangen, dass das Ätzen von Si durch eine chemische Reaktion aufgrund
neutraler Radikale erfolgt und somit von dem Gasstrom abhängt.
-
Vorstehend wurde die Ausführungsform beschrieben, bei der das Mikrowellen-
Plasmaverarbeitungssystem 100 in Verbindung mit einem Ätzsystem
verwendet worden war. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sie kann auch in
Verbindung mit anderen Systemen, wie z. B. einem Dünnfilmbildungssystem,
verwendet werden.
-
Wie vorstehend detailliert beschrieben, ist gemäß der Ausführungsform der
Strömungsweg für Reaktionsgase innerhalb des Leiters angeordnet und sind
die mehreren Löcher, durch die die Gase in Richtung des Probenhalters
geblasen werden, in der dem Probenhalter gegenüberliegenden Fläche des Leiters
ausgebildet. Daher werden die Reaktionsgase vorübergehend in den
Strömungsweg eingeleitet und dann durch die mehreren Löchern geblasen, so
dass die Reaktionsgase senkrecht und gleichmäßig auf die Fläche einer zu
verarbeitenden Probe geblasen werden können. Dadurch können die
Reaktionsgase die Fläche der zu verarbeitenden Probe direkt und mit verbesserter
Effizienz erreichen. Daher können die Reaktionsgase die Fläche der zu
verarbeitenden Probe ohne Umwege erreichen, so dass verhindert wird, dass die
Gase von der Seitenwand u. ä. aufgenommen und somit verschwendet
werden. Folglich kann die Effizienz der Ausnutzung der Reaktionsgase verbessert
werden. Ferner kann der Reaktionsgasstrom zu der Fläche der zu
verarbeitenden Probe vergleichmäßigt werden. Daher können die Gleichmäßigkeit der
Verarbeitung, wie z. B. die der Ätzrate, und das Selektionsverhältnis
verbessert werden.