DE69524683T2

DE69524683T2 - Induktiv gekoppelte Plasma-Reaktoren

Info

Publication number: DE69524683T2
Application number: DE69524683T
Authority: DE
Inventors: Hiroji Hanawa; Diana Xiaobing Ma; Donald Olgado; Gerald Zheyao Yin
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2015-06-13
Also published as: JP3929514B2; KR960005832A; JPH08213196A; EP0694949A3; DE69524683D1; EP0694949B1; US5540824A; EP0694949A2; ATE211304T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Plasmareaktoren zur Behandlung von Halbleiterwafern in der Bauweise, die eine Vakuumkammer, eine induktive HF-Spule, die um den oberen Teil der Kammer gewickelt ist, und einen Wafersockel aufweist, in den HF-Energie kapazitiv eingespeist wird.
Ein induktiv gekoppelter HF-Plasmareaktor zur Behandlung von Halbleiterwafern hat gewöhnlich eine Vakuumkammer, eine induktive HF-Spule, die um den oberen Abschnitt der Kammer gewickelt ist, einen Gaszufuhreinlass zum Liefern von Gas in den Kammerinnenraum und einen Wafersockel, in den HF-Energie kapazitiv eingespeist werden kann. Ein Beispiel ist in dem US-Patent 4,948,458 für Ogle offenbart. Der obere Abschnitt der Kammer mit dem Kammeroberteil hat einen bestimmten Bereich, der aus einem Isolatormaterial hergestellt ist, so dass HF-Energie von der HF-Spule induktiv in das Plasma innerhalb der Kammer einkoppeln kann. Der obere Abschnitt der Vakuumkammer kann ein Zylinder sein, während das Oberteil eine flache Scheibe sein kann. Der Zylinder ist ein Isolator, um den die induktive HF-Spule herumgewickelt ist. Das flache Oberteil der Kammer kann ein Leiter sein.
Fig. 1A zeigt einen oberen Abschnitt eines Plasmareaktors in der Bauweise, die in EP 0 520 519 A1 und in EP 0 552 491 A1 beschrieben ist, deren Offenbarungen hier als Bezug eingeschlossen werden. Der Plasmareaktor von Fig. 1A hat eine insgesamt zylindrische Vakuumkammer 10, einen Gaseinlass 11 am Oberteil der Kammer 10 zum Zuführen eines Gases in den Kammerinnenraum, von dem ein Plasma zu zünden ist, eine zylindrische HF- Spule 12, die außen um die zylindrische Kammer 10 herumgewickelt ist, einen geerdeten oberen leitenden Deckel 14 unmittelbar über der Spule 12 und einen geerdete Seitenwand 16 unmittelbar unter der Spule 12. Die zylindrische HF-Spule 12 stellt HF-Energie zur Erzeugung eines hochdichten Plasmas innerhalb der Kammer 10 durch induktive Koppelung bereit, während der leitende Deckel 14 geerdet ist, um einen Masseweg für die Vorspannungs- HF-Leistung 17 zu gewährleisten, die an einem Sockel 18 angelegt ist, der einen Halbleiterwafer 20 am Boden der Kammer 10 abstützt. Ein Ende 12a der zylindrischen Spule 12 (beispielsweise das dem Deckel am nächsten liegende Ende) ist "heiß", da es mit dem Ausgang einer HF-Quelle 22 verbunden ist, während das gegenüberliegende Ende geerdet ist. In Fig. 6 und Fig. 8 der EP 0 552 491 A1 kann die Spule ein einziger Abschnitt sein, der in der Nähe seiner Mitte an der HF-Quelle abgreift.
Die Plasmareaktoren, wie sie in der US 524245, der EP 596551 und der EP 376546 offenbart sind, haben alle eine einzige HF-Spule, die an der HF-Energieklemme und der HF- Masse angeschlossen ist.
Fig. 1B ist eine neuere Variation der Vorrichtung von Fig. 1A, bei welcher die Decke 14 ein Isolator ist und sowohl die Decke 14 als auch die HF-Spule 12 eine Domform haben, wobei die HF-Spule 12 in einer konischen Wendel zur Anpassung an die Decke 14, wie in Fig. 1C gezeigt, gewickelt ist.
Ein Problem bei einem solchen Plasmareaktor besteht darin, dass die unmittelbare Nähe des geerdeten Deckels 14 zum "heißen" Ende der zylindrischen Spule 12 von Fig. 1A oder einer konischen Wendelspule 12 von Fig. 1B eine beträchtliche Ableitung von HF-Energie aus der Spule 12 an den geerdeten Deckel 14 ermöglicht. Wenn das untere Ende der Spule 12 "heiß" und das obere Ende geerdet ist, wird alternativ die HF-Energie dann von der Spule 12 an die geerdete Seitenwand 16 abgeleitet. Als Folge liegt der geforderte HF-Energiepegel für die zylindrische Spule 12 in der Größenordnung von 2 bis 3 W, was vergleichsweise hoch ist. Aufgrund des Erfordernisses einer Erdung des Deckels 12 über der Spule 12 und der Seitenwand 16 unter der Spule 12 erschien eine solche HF-Energieverlustableitung aus der Spule 12 unvermeidbar.
Das Problem bei der induktiven HF-Spule mit einem Ende an Erde und einem Ende an der HF-Energie besteht darin, dass das HF-Potenzial von Spitze zu Spitze in der Spule sehr hoch ist und dies eine starke kapazitive Einkoppelung von HF-Energie in das Plasma herbeiführt. Das hohe elektrische Potenzial verursacht auch ein beträchtliches Zerstäuben der Kammerinnenflächen. Ein solches Zerstäuben ist unerwünscht, da es eine Verunreinigung erzeugt, die für die Behandlung des Wafers schädlich ist.
Das HF-Potenzial in der Spule beeinträchtigt auch die kapazitive Einkoppelung von HF- Energie von der Spule zum Wafersockel über den zu behandelnden Halbleiterwafer. Ein hohes HF-Potenzial kann ein hohes Plasmapotenzial verursachen, so dass die Zunahme der Größe der physikalischen Zerstäubung des zu behandelnden Wafers zunimmt. Man möchte die Zerstäubungsgröße des zu behandelnden Wafers durch die HF-Vorspannungsenergie steuern, die an den Wafersockel angelegt wird. Eine solche Steuerung wird jedoch bis zu einem bestimmten Ausmaß durch die hohe kapazitive Einkoppelung von der HF-Spule verzerrt. Der Ausdruck Zerstäuben des Wafers, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf das Entfernen von Material aus dem Wafer durch die kinetische Energie schwerer Ionen in dem Plasma, die mit dem Material während seiner Entfernung kollidieren. Dies unterscheidet sich von dem Entfernen von Material von dem Wafer durch Ätzen. Zum Ätzen gehört eine chemische Reaktion zwischen dem Material bei seiner Entfernung und den chemischen Spezies in dem Plasma und ist nicht hauptsächlich von der kinetischen Energie von Ionen oder Radikalen in dem Plasma abhängig. Ein Zerstäuben lässt sich vorteilhaft in einem Ätzprozess verwenden. Beim Ätzen eines Metalls, wie Aluminium, ätzen beispielsweise Verunreinigungen in dem Aluminium (wie Kupfer) sehr langsam bezüglich des Aluminiums und werden am besten mit der gleichen Rate wie das Aluminium durch Zerstäuben entfernt. Dies erfordert, dass das HF-Potenzial des Wafersockels auf ein solches Niveau gesetzt wird, dass die Zerstäubungsrate der Kupferverunreinigung etwa genauso groß wie die Ätzrate des Aluminiums bei diesem Beispiel ist.
Die kapazitive Einkoppelung von der HF-Spule aus und der HF-Leistungsverlust werden bei der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch reduziert, dass mehrere Spulenabschnitte verwendet werden, wobei jeder Spulenabschnitt an die HF-Quelle angeschlossen und so angeordnet ist, dass ein Stromfluss in benachbarten Spulenabschnitten Magnetfelder erzeugt, die die gleiche Richtung haben. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, dass benachbarte Spulenabschnitte in entgegengesetzten Richtungen gewickelt werden, während die benachbarten Spulenabschnitte an einem gemeinsamen Punkt abgreifen, der entweder die HF-Quelle oder Masse ist. Die kapazitive Einkoppelung und der HF-Leistungsverlust werden weiterhin dadurch reduziert, dass ein oberer Deckel verwendet wird, der einen äußeren isolierenden Ring und einen inneren leitenden Scheibenabschnitt hat, der zur Spule des Rings versetzt oder beabstandet ist. Die Versetzung reduziert den HF-Leistungsverlust oder die Einkoppelung von der oberen Wicklung der Spule zum Deckel beträchtlich.
Es folgt eine Beschreibung spezieller Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
Fig. 1A eine vereinfachte Zeichnung eines Teils des Plasmareaktors nach dem Stand der Technik ist,
Fig. 1B eine vereinfachte Zeichnung eines Teils eines Plasmareaktors entsprechend einer neueren Entwicklung mit einer Domdecke und einer konischen wendelförmigen HF-Spule auf der Decke ist,
Fig. 1C die HF-Spule von Fig. 1 B zeigt,
Fig. 2A eine vereinfachte Zeichnung eines Teils eines Plasmareaktors in der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2B eine Ausgestaltung zeigt, die Fig. 2A entspricht, jedoch einen domförmigen Deckel und eine darum gewickelte HF-Spule hat,
Fig. 2C die HF-Spule von Fig. 2B zeigt,
Fig. 2D eine Variation der Ausführungsform von Fig. 2B darstellt,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung einer spiegelbildlich angeordneten Spule ist, die bei dem Plasmareaktor von Fig. 2A verwendet wird,
Fig. 4 eine Einzelheitszeichnung einer bevorzugten Ausführung eines leitenden Deckels gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Spule mit drei Abschnitten gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist,
Fig. 6A ein Diagramm ist, das die Zeitbereichswellenform des HF-Signals an der herkömmlichen HF-Spule von Fig. 1C und den induzierten kapazitiven HF-Strom an dem Wafersockel vor der Plasmazündung zeigt,
Fig. 6B ein Diagramm ist, das die Zeitbereichswellenform des HF-Signals an der spiegelbildlich angeordneten HF-Spule von Fig. 2C und dem induzierten kapazitiven HF-Strom an dem Wafersockel vor der Plasmazündung zeigt,
Fig. 7A ein Diagramm ist, das die Zeitbereichswellenform des HF-Signals an der herkömmlichen HF-Spule von Fig. 1C und den induzierten HF-Strom an dem Wafersockel nach der Plasmazündung zeigt,
Fig. 7B ein Diagramm ist, das die Zeitbereichswellenform des HF-Signals an der spiegelbildlich angeordneten HF-Spule von Fig. 2B und den induzierten HF-Strom an dem Wafersockel nach der Plasmazündung zeigt,
Fig. 8 ein Diagramm ist, das die Ionenstromdichte, die mit der herkömmlichen HF-Spule von Fig. 1C erhalten wird, mit der Ionenstromdichte, die mit der spiegelbildlich angeordneten HF- Spule von Fig. 2C als eine Funktion der HF-Leistung an der Spule erhalten wird, vergleicht, und
Fig. 9 ein Diagramm ist, welches Dioxidzerstäubungsraten, die mit der herkömmlichen HF- Spule von Fig. 1C erhalten werden, mit der Oxidzerstäubungsrate, die mit der spiegelbildlich angeordneten HF-Spule von Fig. 2C erhalten werden, als Funktion der HF-Leistung an der Spule in einem Ar-Plasma bei 600 W HF-Vorspannungsleistung an dem Wafersockel vergleicht.
Gemäß Fig. 2A wird der HF-Leistungsverlust in vorteilhafter Weise durch einen oberen Deckel 24 reduziert, der einen äußeren isolierenden Ring 26 und einen inneren leitenden Scheibenabschnitt 28 hat, der von der Spule 12 um die Breite W des Rings 26 versetzt oder davon beabstandet ist. Diese Versetzung verringert den HF-Leistungsverlust oder die Einkoppelung von der oberen Windung der Spule 12 zu dem Deckel 24, insbesondere wenn das obere Ende 12a der Spule mit der HF-Quelle 22 verbunden ist.
Der HF-Leistungsverlust wird dadurch weiter reduziert, dass das obere Ende 12a und das untere Ende 12b der Spule 12 an Masse gelegt und die HF-Energiequelle an die Mitte 12c der Spule in einer spiegelbildlichen Anordnung angeschlossen wird, wie es in Fig. 2A und deutlicher in der Schaltanordnung von Fig. 3 gezeigt ist. Auf diese Weise findet sich der "heiße" Abschnitt der Spule 12 weder in der Nähe des an Masse gelegten leitenden Abschnitts 28 des Deckels 24 noch in der Nähe des an Masse gelegten untersten Abschnitts der Seitenwand 16, so dass der HF-Leistungsverlust entsprechend reduziert wird.
Fig. 2B zeigt, wie das Konzept von Fig. 2A bei einem Plasmareaktor mit Domdecke von Fig. 1B angewendet wird. In Fig. 1B ist die Decke 14 ein Isolator. Wie bei der Ausgestaltung von Fig. 2A ist in Fig. 2B die HF-Energie an die Mittelwindung der Spule 12 angelegt, während die beiden Enden geerdet sind, wie es schematisch in Fig. 2C dargestellt ist. In vielen Fällen führt dieses Merkmal zu einer vorteilhaften Reduzierung der kapazitiven Einkoppelung an der leitenden zylindrischen Seitenwand 16. Darüber hinaus führt in vielen Fällen das Erden des Scheitels der domförmigen HF-Spule 12 von Fig. 2B in der dargestellten Weise zu einer Reduzierung der kapazitiven Einkoppelung des elektrischen Felds zwischen der Spule und dem Wafer, wodurch die induktive Koppelung vorteilhaft erhöht wird. Fig. 2D zeigt, wie die Ausführung von Fig. 2B modifiziert werden kann, indem die Mitte des Doms 14 durch die flache leitende Decke 28 von Fig. 2A ausgetauscht wird, wobei die Spule 12 eine Öffnung über der Mitte hat, so dass über der leitenden Decke 28 keine Spulenwindung liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung von Fig. 2A hat die Spule 12 fünf Windungen und die Stromquelle 22 legt ein HF-Signal von 2,0 MHz an die Mittelwicklung 12c der Spule 12 an, wie es in dem oben erwähnten europäischen Patentdokument offenbart ist. Außerdem sind alle Arbeitsparameter im Einzelnen in dem oben erwähnten europäischen Patentdokument offenbart und brauchen hier nicht wiederholt zu werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung behandelt der Plasmareaktor von Fig. 2A Halbleiterwafer mit einem Durchmesser von 8 Zoll, wobei die zylindrische Reaktorkammer 10 einen Durchmesser von etwa 14 Zoll und der leitende Scheibenabschnitt 28 einen Durchmesser von etwa 8 Zoll hat, so dass die Breite W des isolierenden Rings 26 etwa 6 Zoll beträgt. Der isolierende Ring 26 ist vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie Aluminiumoxid oder Quarz hergestellt, während der leitende Scheibenabschnitt 28 und die leitenden Seitenwände 16 aus eloxiertem Aluminium hergestellt sind. Die Spule 12 ist um einen isolierenden zylindrischen Seitenwandabschnitt 30 gewickelt, der zwischen dem Deckel 24 und dem leitenden unteren Abschnitt der Seitenwand 16 angeordnet ist. Die vertikale Höhe des isolierenden zylindrischen Seitenwandabschnitts 30 beträgt etwa 3,75 Zoll. Der isolierenden Seitenwandabschnitt ist vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Quarz hergestellt.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Konstruktion des Deckels 24 von Fig. 2A. Der Gaseinlass 11 erstreckt sich durch ein axiales Loch in der Mitte des leitenden Scheibenabschnitts 28 des Deckels in einen Gasverteiler, von dem der leitende Scheibenabschnitt 28 die Decke bildet. Der leitende Scheibenabschnitt 28 sitzt auf einem Ringsteg des isolierenden Rings 26.
Während Fig. 3 eine Ausführung zeigt, bei welcher die Spule 12 zwei Gruppen von Spulen bildet, die parallel zur HF-Quelle 22 geschaltet sind, kann die HF-Leistung n-Gruppen leitender Spulen zugeführt werden, wobei n eine ganze Zahl und größer als 1 ist. Jede Gruppen von Spulen hat eine bestimmte Anzahl von Windungen, deren Anzahl von Gruppe zu Gruppe nicht die gleiche zu sein braucht. Beispielsweise zeigt Fig. 5 eine Spule, die n = 3 verwendet, anstelle der Spule 12 von Fig. 1A. Ein Vorteil, mehr als eine Gruppe von Spulen in der Spule 12 zu haben, besteht darin, dass die kapazitive Einkoppelung in das Plasma für ein gegebenes angelegtes HF-Leistungsniveau, verglichen mit einer einzigen induktiven Spulenausgestaltung, beträchtlich reduziert ist. Beispielsweise wurde gefunden, dass die Ausgestaltung mit einer einzigen induktiven Spule (entsprechend Fig. 1A) mit sieben Windungen einen Spannungsabfall über der Spule von 6 kV RMS für einen angelegten Leistungspegel von 2 kW hat, wenn der Kondensator C1 eine Kapazität von 2000 Pikofarad und der Kondensator C&sub2; eine Kapazität von 275 Pikofarad hat. Im Gegensatz dazu hat bei gleichem angelegten HF- Leistungspegel (2 kW) die spiegelbildlich angeordnete Spule von Fig. 2 und 3 (n = 2) mit drei Spulenwindungen in jeder der beiden Gruppen einen Spannungsabfall von nur 3 kV RMS bzw. 2 kV RMS.
Wie vorstehend unter Bezug auf Fig. 3 ausgeführt ist, ist die induktive HF-Spule 12 vorzugsweise in parallele Spulenabschnitte mit der Vielzahl n getrennt, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 (beispielsweise 2, 3, 4, ... usw.), wie in Fig. 2C, 3 und 5 gezeigt, ist. Wenn die HF-Spule 12 eine zylindrische Form hat, sind die n Spulenabschnitte Spiegelbilder voneinander. In allen Fällen wird bevorzugt, dass die n Spulenabschnitte so gewickelt sind, dass der Strom in allen Abschnitten in der gleichen Richtung umläuft, so dass Magnetfelder erzeugt werden, die die gleiche Richtung haben, um einander bei der induktiven Einkoppelung von HF-Leistung in das Plasma zu verstärken. Dies wird vorzugsweise immer dann, wenn benachbarte Spulen an einem gemeinsamen Abgriffspunkt angeschlossen sind (d. h. der HF- Quelle) durch Wickeln benachbarter Spulenabschnitte in entgegengesetzte Richtungen erreicht, wie in Fig. 2C, 3 und 5.
Gemäß Fig. 3 ist beispielsweise der Stromfluss durch den oberen Spulenabschnitt von dem gemeinsamen Abgriffspunkt 12c zum Spulenende 12a hin aufwärts, während der Stromfluss durch den unteren Spulenabschnitt von dem gemeinsamen Abgriffspunkt 12c zum Spulenende 12b hin abwärts geht. Der Umlauf des Stroms durch die Spulenschleifen erfolgt jedoch in beiden Abschnitten in der gleichen Umlaufrichtung, da die beiden Spulenabschnitte in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind. Dadurch haben die von beiden Spulenabschnitten erzeugten Magnetfelder die gleiche Polarität und verstärken einander.
Gemäß Fig. 5 gibt es drei Spulenabschnitte, die mit "A", "B" und "C" für den Fall n = 3 bezeichnet sind, wobei die oberen beiden Spulenabschnitte "A" und "B" den beiden Spulenabschnitten von Fig. 3 entsprechen, die aus gewickelten Leitern bestehen, die in entgegengesetzten Umlaufrichtungen gewickelt sind. Der untere, mit "C" bezeichnete Spulenabschnitt von Fig. 5, der an den Spulenabschnitt "B" angrenzt, ist in der Umlaufrichtung des Spulenabschnitts "A" gewickelt und zwischen dem geerdeten unteren Ende des Spulenabschnitts "B" und dem gemeinsamen Abgriff zwischen den Spulenabschnitten "A" und "B" geschaltet, mit dem die HF-Quelle verbunden ist.
Insgesamt ist die Vielzahl von Spulenabschnitten für n > 2 in Paare von Spulenabschnitten gruppiert, wobei jeder Spulenabschnitt innerhalb zwei benachbarter Paare von Spulenabschnitten liegt, jedes Paar von Spulenabschnitten einen gemeinsamen Abgriff an einem Ende eines jeden Spulenabschnitts in dem Paar hat, Spulenabschnitte in jedem Paar in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind, die gemeinsamen Abgriffe von wechselnden Paaren mit der HF-Leistungsklemme und die gemeinsamen Abgriffe der übrigen Paare mit der HF- Erdung verbunden sind. So sind beispielsweise in Fig. 5 die mit "A" und "B" bezeichneten Spulenabschnitte ein Paar, das einen gemeinsamen Abgriff hat, der mit der HF-Quelle verbunden ist, während die mit "B" und "C" bezeichneten Spulenabschnitte ein zweites Paar sind, die einen gemeinsamen, mit der HF-Erde verbundenen Abgriff haben, wobei die Spulenabschnitte in jedem Paar in entgegengesetzten Drehrichtungen gewickelt sind.
Fig. 6A und 6B zeigen die Wechselspannung (Wellenform "A") und den Strom (Wellenform "B") an der Kathode oder an dem Wafersockel bei Fehlen eines Plasmas, die durch die herkömmliche Spule bzw. die spiegelbildlich angeordnete Spule unter den folgenden Bedingungen induziert sind: Der Kammerdruck wird auf einen gewünschten oder Basislinien- Betriebsdruck heruntergepumpt, es gibt keinen Gasstrom und es gibt kein Plasma. Der an dem Wafersockel (ein Indiz der kapazitiven Einkoppelung) durch die spiegelbildlich angeordnete Spule (Fig. 6B) induzierte Wechselstrom ist geringer als der durch die herkömmliche Spule (Fig. 6A) induzierte Wechselstrom. Der Absolutwert ist jedoch zu klein zum Messen.
Fig. 7A und 7B zeigen die Wechselspannung (Wellenform "A") und den Wechselstrom (Wellenform "B"), die an dem Wafersockel durch eine herkömmliche Spule bzw. die spiegelbildlich angeordnete Spule induziert werden, wobei Argongas in der Vakuumkammer vorhanden und das Plasma gezündet ist. Der an dem Wafersockel durch die spiegelbildlich angeordnete Spule induzierte Wechselstrom ist etwa 15% kleiner als der durch die herkömmliche Spule induzierte, was eine geringere kapazitive Einkoppelung mit der spiegelbildlich angeordneten Spule anzeigt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da eine geringere kapazitive Einkoppelung aus der spiegelbildlich angeordneten Spule bedeutet, dass mehr HF-Energie induktiv zur Erzeugung eines Plasmas mit größerer Dichte eingekoppelt wird und der Benutzer die Ionenenergie oder die Zerstäubungsrate durch Ändern der HF-Leistung an dem Wafersockel besser steuern oder reduzieren kann. Der während solcher Versuche gemessene Wechselstrom kann nicht notwendigerweise aus der kapazitiven Koppelung allein, sondern aus einer Mischung sowohl der kapazitiven als auch der induktiven Koppelung entstehen.
Fig. 8 vergleicht die Ionenstromdichten bezüglich der HF-Leistung, die aus einer herkömmlichen HF-Spule erhalten wird, mit der aus der spiegelbildlich angeordneten Spule erzielbaren. Die mit "A" bezeichnete und Rautenmarkierungen aufweisende Kurve steht für Messungen an dem Rand der herkömmlichen Spule. Die mit "B" bezeichnete und massiv schwarze Quadratmarkierungen aufweisende Kurve steht für Messungen in der Mitte der spiegelbildlich angeordneten Spule. Die mit "C" bezeichnete und Dreiecksmarkierungen aufweisende Kurve steht für Messungen am Rand der herkömmlichen Spule. Die mit "D" bezeichnete und weiße Quadratmarkierungen aufweisende Kurve steht für Messungen am Rand der spiegelbildlich angeordneten Spule. Es gibt bei diesen Messungen keinen merklichen Unterschied zwischen der spiegelbildlich angeordneten Spule und der herkömmlichen Spule aufgrund großer willkürlicher Änderungen. Sowohl die herkömmliche Spule als auch die spiegelbildlich angeordnete Spule haben bei diesem Vergleich Zylinderform.
Fig. 9 vergleicht die Oxidzerstäubungsrate in einem Argonplasma als Funktion der HF- Leistung, die aus einer herkömmlichen HF-Spule erhalten wird, mit der von einer spiegelbildlich angeordneten Spule erhaltenen. Die mit "A" und "C" bezeichneten und mit Rauten- bzw. Dreieckmarkierungen versehenen Kurven stellen Messungen von zwei verschiedenen Versuchen der spiegelbildlich angeordneten Spule dar. Die mit "B" bezeichnete und mit Quadratmarkierungen versehene Kurve steht für Messungen an einer herkömmlichen Spule. Wie beim Vergleich von Fig. 8 gibt es keinen merklichen Unterschied aufgrund der großen willkürlichen Variationen. Im Versuch von Fig. 9 wurde ein 600 W HF-Vorspannungssignal an den Wafersockel angelegt. Die Zerstäubungsrate hängt vorherrschend von der HF-Vorspannungsleistung ab, die an den Wafersockel angelegt wird, und nicht von der HF-Leistung, die kapazitiv von der HF-Spule eingekoppelt wird. Eine solche kapazitive Koppelung sollte in der spiegelbildlich angeordneten Spule beträchtlich reduziert sein, was, wie oben erklärt, ein signifikanter Vorteil ist.
Die vorstehenden Vergleiche umfassen nur die spiegelbildliche Spulenausgestaltung der Erfindung n = 2. Es ist jedoch anzumerken, dass für alle anderen Ausgestaltungen der Erfindung n > 2 diese Vorteile insgesamt ausgeprägter sind, da eine noch größere Unterteilung des Potenzials in der Spule vorhanden ist.
Ein weiterer bei der vorliegenden Erfindung verwirklichter Vorteil bezieht sich auf das Zerstäuben von Materialien von den Kammerinnenflächen. Sehr häufig arbeitet die Quelle mit einer HF-Leistung mit einem sehr hohen Pegel (beispielsweise 2-3 kW mit 5 kV bis 6 kV Spannung von Spitze zu Spitze). Bei derart hohen Spannungspegeln tendiert das Plasma dazu, die Kammermaterialien mit beträchtlichen Zerstäubungsraten zu zerstäuben. Die spiegelbildlich angeordnete Spule oder die Mehrfachabschnittsspule reduziert jedoch die Spannung von Spitze zu Spitze. Dies verringert die Zerstäubungsrate des Kammermaterials, wodurch die Verunreinigungsrate des Wafers aufgrund der Emanation von Teilchen aus der Zerstäubung der Kammerwand verringert wird. Dies minimiert auch Vorrichtungsschäden an dem behandelten Wafer, die aus einem derart hohen HF-Potenzial resultieren.

Claims

1. Plasmareaktor mit

- einer Vakuumkammer (10), die wenigstens einen teilweise isolierenden oberen Abschnitt (14, 24, 30) hat,

- mit einer HF-Energiequelle (22), die eine HF-Energieklemme und eine Rückführklemme hat, die mit einer HF-Masse verbunden ist,

- mit Einrichtungen (11) zum Zuführen eines Gases in die Kammer (10)

- mit einem Wafersockel (18) in der Kammer (10) zum Tragen eines in der Kammer (10) zu behandelnden Wafers,

- mit einer HF-Induktorspule (12), die um den isolierenden oberen Abschnitt (14, 24, 30) gewickelt ist,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die HF-Induktorspule (12) eine Vielzahl von Spulenabschnitten (A, B, C) aufweist, von denen jeder an die HF-Energieklemme und die HF-Masse angeschlossen ist,

- wobei jeder der Spulenabschnitte (A, B, C) um den isolierenden oberen Abschnitt (14, 24, 30) herumgelegt ist,

- wobei wenigstens ein Paar der Spulenabschnitte (A, B, C) mit jeweils ersten Enden derselben über einen gemeinsamen Abgriffspunkt (12c) an die HF- Energiequelle angeschlossen ist, und

- wobei jeder Spulenabschnitt (A, B, C) des Paares in einer entgegengesetzten Drehrichtung gewickelt ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, bei welchem der isolierende obere Abschnitt (14, 24, 30) einen oberen zylindrischen Seitenwandabschnitt (24) und die Kammer (10) weiterhin einen unteren leitenden zylindrischen Seitenwandabschnitt (16) aufweist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, welcher weiterhin eine Abdeckung (24) aufweist, die über dem oberen zylindrischen Seitenwandabschnitt (30) liegt und einen leitenden zentralen Abschnitt (28) sowie einen isolierenden Ringabschnitt (26) angrenzend an die zylindrische Seitenwand und den leitenden zentralen Abschnitt umschließend aufweist.

4. Reaktor nach Anspruch 3, bei welchem die zweiten Enden der Spulenabschnitte (12) jeweils an den leitenden unteren Seitenwandabschnitt und an den leitenden zentralen Abschnitt der Abdeckung angrenzen und der leitende zentrale Abschnitt (28) der Abdeckung (24) und der untere leitende Abschnitt der Seitenwand mit der HF-Masse verbunden sind.

5. Reaktor nach Anspruch 1, bei welchem der isolierende obere Abschnitt (14, 24, 30) wenigstens einen ersten Abschnitt eines domförmigen Oberteils der Kammer (10) aufweist.

6. Reaktor nach Anspruch 5, bei welchem das domförmige Oberteil (14) einen zweiten Abschnitt aufweist, der ein leitender zentraler Abschnitt (28) an einem Scheitel des domförmigen Oberteils und ein isolierender Ring (26) ist, der den leitenden zentralen Abschnitt (28) umgibt, wobei der HF-Induktor (12) nur um den ersten Abschnitt des domförmigen Oberteils gewickelt ist.

7. Reaktor nach Anspruch 6, bei welchem das zweite Ende der Spulenabschnitte (A, B, C) jeweils an den leitenden unteren Seitenwandabschnitt und den zweiten Abschnitt des domförmigen Oberteils angrenzt und der leitende zentrale Abschnitt des domförmigen Oberteils und der untere leitende Abschnitt der Seitenwand mit der HF- Masse verbunden ist.

8. Reaktor nach Anspruch 5, bei welchem der obere Abschnitt das gesamte domförmige Oberteil (14) aufweist und die HF-Induktorspule (12) um das ganze domförmige Oberteil (14) gewickelt ist.

9. Reaktor nach Anspruch 1, bei welchem die HF-Induktorspule (12) einen wendelförmig gewickelten Leiter mit einem Paar von Enden und einer Mitte aufweist, wobei die Wicklung in der Mitte in zwei Abschnitte unterteilt ist und die Mitte die ersten Klemmen und das Paar von Enden die zweiten Klemmen aufweist.

10. Reaktor nach Anspruch 9, bei welchem der wendelförmig gewickelte Leiter zu einer zylindrischen Form gewickelt ist und die zwei Abschnitte spiegelbildlich angeordnete Wicklungen sind.

11. Reaktor nach Anspruch 1, bei welchem der isolierende Ring (26) ein keramisches Material aufweist.

12. Reaktor nach Anspruch 11, bei welchem das keramische Material Aluminiumoxid aufweist.

13. Reaktor nach Anspruch 1, welcher weiterhin einen dritten Spulenabschnitt aufweist, der an seinem einen Ende mit HF-Masse und einem zweiten gemeinsamen Abgriffspunkt mit einem Ende eines des Paares von Wicklungsabschnitten verbunden ist, wobei der dritte Spulenabschnitt und der eine des Paares von Spulenabschnitten in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind.

14. Reaktor nach Anspruch 1, bei welchem die Vielzahl von Spulenabschnitten (A, B, C) Paare von Spulenabschnitten aufeist, wobei ein entsprechender Spulenabschnitt innerhalb zweier Abschnitte der Paare von Spulenabschnitten liegt, jedes Paar von Spulenabschnitten einen gemeinsamen Abgriff mit einem Ende eines jeden Spulenabschnitts in dem Paar von Spulenabschnitten hat, die Spulenabschnitte innerhalb eines jeden Paares in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind, die gemeinsamen Abgriffe abwechselnder Paare mit der HF-Energiequelle verbunden ist und die gemeinsamen Abgriffe der restlichen Paare mit der HF-Masse verbunden sind.