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Die
Erfindung betrifft eine Plasmabearbeitungsvorrichtung.
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Die
Plasmabearbeitungsvorrichtung wird extensiv bei der Herstellung
von Halbleitereinrichtungen und bei vielen anderen Prozessen verwendet, bei
denen die Aufbringung von Überzügen oder
die Ätzung
von Oberflächen
verlangt wird. Insbesondere dann, wenn diese Prozesse im Produktionsmaßstab ausgeführt werden,
wird die Gleichförmigkeit
zwischen Massen extrem wichtig.
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Im
allgemeinen werden Plasmen in einer Vakuumkammer erzeugt, und vorzugsweise
ist die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas entweder außerhalb
der Kammer oder in einer Schutzwand angeordnet, um Störungen des
Plasmapotentials beim Aufbringen von Hochfrequenzenergie zu verringern.
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So
gab es bereits Vorschläge,
die Plasmakammer durch eine einzelne Spule zu umgeben, wie in der
US-A-4 844 775 beschrieben, und eine Anzahl Parteien haben vorgeschlagen,
eine einzelne Spiralspule an dem einen Ende einer Prozeßkammer
anzuordnen. Ein Beispiel dafür
bietet die EP-A-0 379 828. Gewöhnlich
wird neben der Spule ein dielektrisches Fenster vorgesehen. Die
US-A-5 309 063 beschreibt eine diesbezügliche Änderung, bei der die einzelne Spule
in einer dielektrischen Tasse wieder in die Plasmakammer eintritt,
und in der US-A-52 801 154 sowie der US-A-5 397 962 sind Vorschläge für mehrere
mit Abstand angeordnete Antennen gemacht worden, so daß die Erzeugung
von rotierenden elektromagnetischen Feldern ermöglicht wird. Die US-A-5 468
296 offenbart ein Plasmaerzeugungsgerät, das aus einer Reihe miteinander
verbundener, konzentrischer Ringe gebildet ist und an eine einzelne
Stromquelle angeschlossen ist. Die EP-A-489 407 beschreibt einen
Stapel einzelner Drehantennen, die in gleichen radialen Abständen von
der Achse eines Plasmaerzeugungsreaktors übereinander angeordnet sind.
Die US-A-5 309 063 offenbart einen Plasmagenerator, bei dem eine
einzelne Spiralspule in ein tassenförmiges Fenster in die Mitte
der oberen Wand der Prozeßkammer
der Einrichtung eingesetzt ist. Die WO-A-96 18 208 zeigt einen Plasmaprozessor
mit einer planaren Spule, der neben einzeln getragenen dielektrischen
Fenstern einer Prozeßkammer
angeordnet ist.
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Alle
diese Vorschläge
leiden jedoch mehr oder weniger daran, daß die Gleichförmigkeit
im Plasma fehlt, beispielsweise in der Nachbarschaft eines Werkstücks. In
einigen Fällen
ist ein kontrolliertes Fehlen von Gleichförmigkeit erwünscht. Dies
läßt sich
jedoch schwer mit der bekannten Anordnung erreichen, kann aber bei
wenigstens einigen Ausführungsformen
der Erfindung geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird eine
Plasmabearbeitungseinrichtung geschaffen, zu der eine Prozeßkammer
mit einem Arbeitsvolumen gehört,
wenigstens eine Plasma erzeugende Hochfrequenz- (Radiofrequenz RF)
Antenne, wobei die oder jede Antenne in einem entsprechenden dielektrischen,
ringförmigen
Trog in einer Wand der Kammer angeordnet ist.
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Darüber hinaus
kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung eine Prozeßkammer
aufweisen, die ein Arbeitsvolumen rechteckigen Querschnitts aufweist,
so daß eine
Achse durch die symmetrische Mitte eines Paares gegenüberliegender
Flächen
des Volumens verläuft
und das Hochfrequenz(RF)-Plasma erzeugende Antennen für das überwiegende
Induzieren eines elektrischen Feldes vorhanden sind. Die Vorrichtung
kennzeichnet sich nun dadurch, daß die Plasma erzeugenden Hochfrequenz(RF)-Antennen
mit getrennten Spuleneinheiten versehen sind, und daß jeder
Spulenteil eine geometrische Form aufweist, die der Form des Querschnitts
entspricht, der an oder neben einer Wand der Kammer liegt, wobei
die Teile koaxial zueinander angeordnet sind und von der Achse unterschiedliche
Abstände
aufweisen.
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Das
Zusammenpassen der Geometrie der Spulen mit dem Querschnitt des
Arbeitsvolumens der Kammer bedeutet, daß das auftreffende Plasma im wesentlichen
der Kammer entspricht. Darüber
hinaus ermöglicht
das Vorhandensein dieser unabhängigen Spulen
in dieser Reihe eine unabhängige
Steuerung der Spulen und somit Steuerung des Plasmas zwischen verschiedenen
Teilen des Arbeitsvolumens. Somit weist die Vorrichtung bei einer
bevorzugten Ausführungsform
des weiteren eine Einrichtung auf, mit der die effektive Leistung
der Antennen verändert werden
kann. So kann beispielsweise die Einrichtung die Höhe, Frequenz
und/oder die relative Phase des zugeführten RF-Strom verändern und/oder
den realtiven Abstand zwischen den Spulen und dem Arbeitsvolumen
oder -raum.
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Der
Querschnitt und damit die Spulenteile kann kreisrund, quadratisch,
rechteckig, sechseckig oder achteckig sein. Die Spulenteile können die
Kammer umgeben, wobei jedoch bevorzugt wird, daß sie neben oder auf dem Ende
der Kammer angeordnet sind. Die Kammer kann wenigstens ein dielektrisches Fenster
neben einem Spulenteil aufweisen. Dieses Fenster kann ein Wiedereintritt
in Bezug auf die Kammer sein, wobei mehrere diskrete Fenster vorhanden sein
können,
von denen jedes sich parallel zu und über wenigstens die Breite eines
zugehörigen
Spulenteils erstreckt. Wenn also die Spulenteile im allgemeinen
kreisrund sind, kann eine Reihe beabstandeter, ringförmiger Fenster
vorhanden sein.
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Die
Vorrichtung kann des weiteren wenigstens einen Detektor zum Anzeigen
des Gleichförmigkeitsgrades
des Plasmas oder eines plasmagetriebenen Prozesses sowie eine Rückkopplungseinrichtung
zur Veränderung
der effektiven relativen Leistungen der Antennen zwecks Verbesserung
der Gleichförmigkeit
aufweisen.
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Die
oder jede Antenne kann nichtplanar sein und kann Leistung durch
wenigstens eine Wand und den Boden des Trogs übertragen, wobei in diesem Falle
eine Windung neben einer Wand des Troges liegt, eine weitere neben
einer anderen Wand und eine dritte neben dem Boden.
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Noch
ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in der Plasmabearbeitungsvorrichtung,
bei der die Antennen und eine zugehörige Stromquelle dazu dienen,
ein Plasma einer angestrebten Hauttiefe zu erzeugen, und die Antennen
durch wenigstens das Zweifache der vorbestimmten Hauttiefe voneinander getrennt
sind.
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Die
Erfindung befaßt
sich des weiteren mit einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, die eine
Bearbeitungskammer mit einem Arbeitsvolumen aufweist sowie mehrere
Hochfrequenz(RF)-Plasmaerzeugungsantennen und eine zugehörige Stromquelle, die
so ausgelegt ist, daß sie
ein Plasma vorbestimmter Hauttiefe erzeugt, wobei die Antennen durch
wenigstens die doppelte Hautdicke des angestrebten Plasmas getrennt
sind.
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Obgleich
die Erfindung oben umrissen worden ist, versteht es sich, daß dies jegliche
erfinderische Kombination der oben angeführten Merkmale in der folgenden
Beschreibung umfaßt.
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Die
Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden, wobei
im folgenden spezielle Ausführungsformen
beschrieben werden, die aber nur Beispiele darstellen, die sich
auf die folgenden Zeichnungen beziehen, in denen sind:
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1 eine
schematische Darstellung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung;
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2 eine
Querschnittsansicht einer Spulenanordnung zur Verwendung bei der
in 1 gezeigten Vorrichtung;
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3 eine
Draufsicht der Anordnung von 2;
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4 eine
Darstellung einer alternativen Spulenanordnung;
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5 und 6 entsprechende
senkrechte Schnitt- und Draufsichten der weiteren Spulenanordnung;
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7 eine
senkrechte Schnittansicht noch einer weiteren Spulenanordnung;
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8 und 9 eine
senkrechte Schnittansicht sowie eine Draufsicht einer weiteren Spulenanordnung;
und
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10 eine
senkrechte Schnittansicht noch einer anderen Ausführungsform
der Spulenanordnung; und
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11 eine
senkrechte Schnittansicht noch einer weiteren Spulenanordnung;
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12 und 13 eine
Draufsicht bzw. eine senkrechte Schnittansicht einer zusätzlichen
Spulenanordnung;
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14 und 15 eine
Draufsicht bzw. eine senkrechte Schnittansicht einer anderen Spulenanordnung;
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16 eine
Draufsicht einer weiteren Spulenanordnung und
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17 eine
schematische 3D-Darstellung der Spule.
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1 zeigt
eine Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 als schematische
senkrechte Schnittansicht. Sie weist die Waferbehandlungskammer 11 und
die Einrichtung 12 auf, mit der ein Wafer getragen wird
und auf die geeignete Höhe
für die
Behandlung bzw. Bearbeitung gehoben wird. Die Behandlungskammer 11 ist
im allgemeinen ein Metallbehälter
kreisrunden oder rechteckigen Querschnitts, obgleich auch andere
vielseitige Formen möglich
sind. Es sind eine oder mehrere Öffnungen
vorhanden, die die Gaszufuhr und möglicherweise Beurteilungen
zulassen. Ein Teil 13 der Kammer 11 oder Wiedereintrittsmodul
ist aus einem dielektrischen Material gebaut, und elektrische Spulen 14, 15 (zwei
davon sind beispielsweise dargestellt) sind außerhalb dieses dielektrischen
Teils 13 angeordnet und werden zur Einführung von Hochfrequenzstrom
in das Plasma innerhalb der Kammer 11 benutzt. Die Kammer
enthält einen
zylindrischen oder rechteckigen Arbeitsraum 16, in dem
das Plasma auftrifft. Dieser Raum hat eine Achse 17, die
durch die symmetrischen Mitten seiner Stirnflächen läuft.
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Um
den Einschluß des
Plasmas in der Kammer zu verbessern und damit die Plasmadichte zu vergrößern, können mit
besonderen Ausrichtungen rund um die Wände und/oder den Kopf der Kammer 11 Magnete
(nicht gezeigt) angeordnet werden. Die Benutzung kleiner Permanentmagneten
zu diesem Zweck ist bekannt und ist bei allen beschriebenen Ausführungsformen
anwendbar.
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Unter
normalen Betriebsbedingungen wird in der Kammer 11 ein
hohes Vakuum gehalten, das erfordert, daß der Teil 13 aus
dielektrischem Material in geeigneter Weise gegen die Hauptkonstruktion
der Kammer 11 abgedichtet ist.
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Die
Spulen zur Einleitung des Hochfrequenzstroms in das Plasma sind
nahe der Oberfläche
des dielektrischen Teils angeordnet, um eine effiziente Übertragungswirkung
in das Plasma zu erzeugen. Sie können
in einer Anzahl Formen gewickelt sein, die im folgenden beschrieben
ist.
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Der
in einer geeigneten Spannungsquelle 18 gelieferte Hochfrequenzstrom
wird jeder der Spulen 14, 15 durch eine zu dem
System 19 passende Impedanz zugeführt. Dieses System stellt für die Strom- bzw.
Spannungsquelle eine konstante Impedanz dar, wobei der jeder Spule 14, 15 zugeführte Hochfrequenzstrom
gesteuert werden kann. Alternativ dazukönnen für jede Spule getrennte Stromquellen
und zugehörige
Impedanzsysteme oder andere Veränderungen
des Systems Verwendung finden. Die Steuerung der jeder Spule zugeführten Hochfrequenz spannung
kann durch Einwirkung des Operators erfolgen. Alternativ dazu und
erheblich größere Anwendung
können
Steuersignale erfahren, die von einem System empfangen werden, das
das Plasma oder die räumliche
Prozeßgleichmäßigkeit überwacht,
um dadurch eine Rückkopplungsschleife
zu bilden. Somit kann beispielsweise mehr Hochfrequenzenergie dem Plasma
durch die Spulen 14, 15 weiter von der Symmetrieachse 17 entfernt
zugeführt
werden, so daß die Wandverluste
des Plasmas, die gewöhnlich
auftreten, kompensiert werden können.
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Details
der Spulenkonfigurationen sind in den 2 und folgenden
dargestellt. In allen Fällen werden
Vielfachspulen verwendet, die eine Steuerung der räumlichen
Plasmagleichförmigkeit
durch Einstellung der Größe, Frequenz
oder relativen Phase des Hochfrequenzstroms ermöglichen, der jeder Spule zugeführt wird
oder durch Einstellen der physikalischen Position jeder Spule.
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Die 2 und 3 zeigen
eine Konstruktion, bei der jede Spule 14a, 15a eine
planare oder nahezu planare, ringförmige Spiralform aufweist und hinter
einem entsprechenden Ring 20, 21 aus dielektrischem
Material angeordnet ist, der oben in der Plasmakammer 11 sitzt.
Spulen der in den 14 und 15 gezeigten
Art können
jedoch erfolgreich die Spulen 14a und 15a ersetzen,
um die Energieübertragung
zu verstärken.
In diesem Fall werden die Ringe 20, 21 durch dielektrische
Tröge ersetzt.
Da die Tragkonstruktion 22, 23 für die runden
dielektrischen Ringe auch rund geformt ist, wird eine Anzahl im
wesentlichen sternförmiger
Speichen 24 verlangt, um eine Abstützung gegen die Kräfte zu schaffen,
die auftreten, wenn die Kammer evakuiert wird. Unter gewissen Umständen, insbesondere
dann, wenn die innerste Spule einen kleinen Durchmesser aufweist, kann
der innerste dielektrische Ring 20 durch eine ringförmige Scheibe
aus dielektrischem Material ersetzt werden, um dadurch das Erfordernis
der zentralen Abstützung
zu beseitigen.
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Als
Alternative für
die dielektrische Ringkonstruktion kann eine einzelne Scheibe aus
dielektrischem Material Verwendung finden, bei der die ringförmigen Spiralspulen
dahinter liegen. Dieser Vorschlag verringert die Komplexität des Systems,
hat jedoch den Nachteil, daß die
dielektrische Scheibe aufgrund ihres größeren Durchmessers aus dickem Material
gebaut sein muß,
um der nahezu atmosphärischen
Druckdifferenz, die auf sie einwirkt, zu widerstehen. Der Wirkungsgrad,
mit dem der Hochfrequenzstrom in das Plasma eingeführt werden
kann, verringert sich mit dem Abstand zwischen den Spulen und der
Vergrößerung des
Plasmas.
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Wenn
eine planare, ringförmige
Spiralspule außerhalb
eines dielektrischen Fensters angeordnet ist und ein Plasma in der
Kammer unter der Spule gebildet wird, dann verlaufen die hochfrequenten
magnetischen Feldlinien durch den größeren Teil des Abstandes, in
dem sie das Plasma schneiden, fast radial. Aufgrund des Faradayschen
Gesetzes werden ein azimutales elektrisches Feld und ein zugehöriger Strom
in dem Plasma induziert. Die Richtung des Plasmastroms ist entgegengesetzt
zu derjenigen des Spulenstroms und wird auf eine Schicht in der
Nähe des
Fensters beschränkt,
die eine Dicke im Bereich der Hautdicke aufweist, so daß Hochfrequenz
in das Plasma eintritt.
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Vorausgesetzt,
daß die
getrennten Spuleneinheiten ausreichend weit beabstandet sind, ist
die Wirkung zwischen den Spuleneinheiten minimal, und jede Spuleneinheit
läßt sich
separat behandeln.
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Obgleich
im Zusammenhang mit diesen und den folgenden Beispielen kreisförmige Spulen
und ein zylindrischer Arbeitsraum beschrieben worden sind, schließt dies
nicht aus, daß planare,
ringförmige,
rechteckige Spulen oder hexagonale Spulen oder Spulen irgendeiner
anderen Form, die für
die Plasmakammer oder den Arbeitsraum geeignet ist, Verwendung finden.
Das dielektrische Fenster, sofern es bei verschiedenen Ausführungsformen
benutzt wird, kann aus einem Teil bestehen, so daß es der
Spulenform angepaßt
ist, oder aus ringförmigen
Abschnitten geeigneter Form.
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Die
Spulen können
in jedem Fall aus einem Strang oder Mehrfachsträngen von Leitermaterial kreisrunden,
quadratischen, hexagonalen oder anderer geeigneter Querschnittsform
gefertigt sein, wobei die Spulen insbesondere für Hochleistungsbetrieb aus
rohrförmigem
Leitermaterial bestehen können, durch
das Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel geschickt werden kann.
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Für alle Ausführungsformen
kann die Gaszufuhr zu der Kammer über einen Raum erfolgen, der eine
Reihe kleiner in einheitlichem Abstand angeordneter Löcher in
einem Ring um die Symmetrieachse des Arbeitsraums aufweist, welcher
in einem geeigneten Tragring zwischen den dielektrischen Ringen angeordnet
ist. Dies schließt
jedoch nicht die Verwendung von zusätzlichen/alternativen Gaszufuhrpunkten
an anderen Stellen in der Kammer aus.
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Um
den Plasmaeinschluß in
der Kammer zu verbessern, können
kleine Permanentmagneten in geeigneten Schlitzen in einigen oder
allen Tragringen angeordnet werden, und zwar zusätzlich zu denen, die auf den
Seitenwänden
der Kammer angeordnet sind.
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4 zeigt
eine Konstruktion, bei der eine Anzahl ringförmiger, planarer oder nahezu
planarer Spulen 14b, 15b innerhalb der Plasmakammer
angeordnet sind. Jede Spule ist von dem Plasma mit Hilfe eines kontinuierlichen
festen oder flexiblen Isoliermaterials elektrisch isoliert, das
sich um jede einzelne Windung jeder Spule oder rund um jede vollständige Spuleneinheit
erstreckt. Elektrische Anschlüsse
an jede Spuleneinheit werden in die Plasmakammer durch geeignete
Vakuumdichtungen in den Kammerwänden
oder der Kammeroberseite gebracht.
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Die
Spulen, zumindest die in den 2 bis 4 gezeigten,
können
Einzelwicklungsspulen und als solche weder planare Spulen noch Magnetspulen sein.
In gewissen Fällen
kann ein Gemisch aus Einzelwicklungs- und Vielfachwicklungsspulen
Verwendung finden.
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Die 5 und 6 zeigen
eine Konstruktion, bei der eine kreisrunde symmetrische Anordnung 25,
die vollständig
oder teilweise aus einem dielektrischen Material gebaut ist, in
den oberen Teil der Kammer einspringt. Die Spulen 14d, 15d sind
von elektromagnetischer Form und liegen auf der Außenseite
der Anordnung, neben den Seitenwänden 26 der
Anordnung 25, die senkrecht verlaufen können oder in einem geeigneten
Winkel zu der Achse. Die Mitte jeder Spule 14d und 15d fällt auf
die Symmetrieachse 17.
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Wie
oben bereits erwähnt
wurde, verlaufen die Hochfrequenzmagnetfeldlinien, wenn eine Magnetspule
außerhalb
eines dielektrischen Fensters angeordnet ist und ein Plasma in der
Kammer ausgebildet ist, entweder innerhalb oder außerhalb
der Spule, und zwar in Abhängigkeit
von der Lage des Fensters, fast parallel zu der Spulenachse (für eine Magnetspule
konstanten Durchmessers), und über
den größeren Teil
der Entfernung schneiden sie das Plasma. Aufgrund des Faradayschen
Gesetzes werden ein azimutales elektrisches Feld und ein zugehöriger Strom
in dem Plasma induziert. Der Plasmastrom läuft entgegengesetzt zu der
Richtung des Spulenstroms und wird auf eine Schicht in der Nähe des Fensters
beschränkt,
die eine Dicke im Bereich der Hauttiefe bei der Eindringung der
Hochfrequenz in das Plasma hat. Angenommen, daß die separaten Spuleneinheiten ausreichend
weit voneinander entfernt sind, so ist die Wirkung zwischen den
Spuleneinheiten minimal, und jede Spuleneinheit kann separat behandelt
werden.
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Somit
ist die Hauttiefe, wie aus der Ableitung in beispielsweise "Priciples of Plasma
Discharges and Materials Processing" von MA Liebermann und A. J. Lichtenberg
(Wiley 1994) entnommen werden kann,
wobei m die Elektronenmasse
ist, e die Ladung des Elektron, μ
0 die Permeabilität des freien Raumes und n
S die Elektronendichte am Plasmarand.
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In
induktiv gekoppelten Plasmen liegt die Elektronendichte gewöhnlich bei
1 ×1017 m–3 oder höher, bei
einer Hauttiefe von 17 mm oder weniger.
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Wenn
somit die Antennen um wenigstens das Zweifache der Hauttiefe getrennt
werden, werden sie mit getrennten Bereichen des Raums verbunden.
Die Anmelder plazieren die Antennen üblicherweise in einem Abstand
von rund 100 mm und versuchen somit nicht, unmittelbar vor den Antennen
ein gleichmäßiges Plasma
zu erzeugen, sondern schaffen vielmehr lokale Bereiche dichten Plasmas,
die durch Diffusion auf einem Substrat, das in einer geeigneten
Entfernung von den Antennen angeordnet wird, ein gleichmäßiges Plasma
bilden. Diese Anordnung eignet sich besonders für ein Rückkopplungssteuersystem, wie
es beispielsweise in der anhängigen
PCT-Anmeldung vom 24. September 1997 mit dem Titel "Plasma Processing
Apparatus" beschrieben
ist, auf die hier Bezug genommen wird.
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Die
in den 5 und 6 gezeigte Konstruktion verwendet
Mehrfachzylinderspulen. Wenigstens eine Spule liegt neben einem
Abschnitt der dielektrischen Konstruktion 26, der einen
kleineren Radius hat als die Spule und wenigstens eine Spule liegt
neben einem Abschnitt der dielektrischen Konstruktion 26,
der einen größeren Radius
hat als die Spule. An diese Bereiche des Plasmas innerhalb der Kammer,
die durch die dielektrische Konstruktion von der benachbarten Spule
getrennt sind, wird Hochfrequenzstrom angelegt. Der doppelt schraffierte
Abschnitt 26 kann entweder aus dielektrischem oder leitendem
Material bestehen.
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Die 7, 8 und 9 zeigen
Konstruktionen, bei denen eine kreisrunde symmetrische Anordnung 27,
die insgesamt oder teilweise aus einem dielektrischem Material gebaut
ist, eine in den Kopf der Kammer einspringende Mulde bildet. (Die querschraffierten
Flächen
können
wiederum dielektrisch oder leitend sein.) Die Spulen 14e, 15e und 29 sind
zylindrischer Form und liegen auf der Außenseite der Anordnung in in
axialer Richtung symmetrischen Rinnen 28. Die Mitte jeder
Spule fällt
in die Symmetrieachse 17. die Spulen 14e, 15e liegen
in Rinnen 28 aus dielektrischem Material, das für ihre Form
geeignet ist.
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Bei
den in den 8 und 9 gezeigten Anordnungen
kann jede Spule sowohl mit der Zone des Plasmas verbunden sein,
die einen kleineren Radius hat als die Spule, also auch mit der
Zone, die einen größeren Radius
als die Spule hat.
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10 zeigt
eine Konstruktion, bei der eine Anzahl in axialer Richtung konzentrischer
Zylinderspulen 14f, 15f innerhalb der Plasmakammer 11 liegen.
Jede Spule 14f, 15f ist elektrisch von dem Plasma
mit Hilfe eines durchgehenden Feststoffes oder eines flexiblen Isoliermaterials 30 rund
um jede einzelne Windung jeder Spule oder rund um jede komplette
Spuleneinheit isoliert. Elektrische Anschlüsse an jede Spuleneinheit werden
in die Plasmakammer durch geeignete Vakuumdichtungen in der Kammerwand
oder dem Kopf eingeführt.
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Wie
aus 11 ersichtlich, kann wenigstens eine der koaxialen
Spulen von einer ringförmigen Spule 15g gebildet
werden, die sich rund um die Wand der Kammer neben einem ringförmigen dielektrischen
Fenster 31 erstreckt. Wiederum ist die Anzahl der gezeigten
Windungen nur beispielhaft, und es versteht sich, daß geeignete
Dichtungsvorkehrungen für
das dielektrische Fenster 31 getroffen werden müssen. Jeder
auf diesem Gebiet tätige
Fachmann ist mit den erforderlichen Dichtungsmethoden vertraut.
Des weiteren ist ein externes Joch oder dergleichen vorzusehen,
um eine feste mechanische Verbindung oder Lage zwischen den Teilen
der Kammer zu schaffen, die auf entgegengesetzten Seiten des Fensters 31 liegen.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann Hochfrequenzstrom induktiv mit dem Plasma in einer Prozeßkammer
durch ein dielektrisches Fenster verbunden werden, wobei die Antenne
neben der gegenüberliegenden
Seite des Fensters liegt, die dem Plasma zugewendet ist. Das Fenster
dient zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen dem niedrigen Druck
innerhalb der Kammer, in der das Plasma ge bildet wird und üblicherweise
dem äußeren Atmosphärendruck,
wo sich die Antenne befindet.
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Das
dielektrische Fenster ist Teil des einen Endes oder Teil der Seitenwände der
Kammer. Wenn mehrere Antennen benutzt werden, kann es vorteilhaft
sein, eine Anzahl kleiner getrennter dielektrischer Fenster zu verwenden,
von denen jedes einer bestimmten Antenne zugeordnet ist, um das
Erfordernis nach dünnen
Fenstern für
hohe Hochfrequenzanschlußeffizienz
mit dem Erfordernis nach Fenstern adäquater Dicke in Einklang zu
bringen, um der über
ihnen liegenden Druckdifferenz zu widerstehen. Derartige Anordnungen
sind beispielsweise in den 2, 5, 7 und 8 gezeigt.
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Insbesondere
kann eine Antenne oder können
Antennen in einem Trog oder in Trögen angeordnet werden, die
aus dielektrischem Material gebaut sind und in das Ende oder die
Seite einer Kammer eingesetzt sind. Bei einer zylindrischen Kammer
können
konzentrische, kreisrunde Tröge
in das Ende der Kammer eingesetzt werden. Die Konstruktion ist jedoch
nicht auf zylindrische Kammern beschränkt, so daß Tröge aus dielektrischem Material
auch andersartig geformt sein können,
um für
eine spezielle Kammer geeignet zu sein.
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Drei
weitere Konstruktionen von Antennen, die mit dielektrischen Fenstern
in Trogform zusammenarbeiten, werden in Verbindung mit den 12 bis 17 beschrieben.
Die Beschreibungen erfolgen in Bezug auf die zylindrische Geometrie
für den dielektrischen
Druck, wobei jedoch nicht beabsichtigt ist, Anwendungen ähnlicher
Konstruktionen für
andere Geometrien auszuschließen.
In jedem Fall ist in jedem dielektrischen Trog eine einzelne Antenne
mit einer oder mehreren Windungen angeordnet.
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Die
erste Konstruktion ist in den 12 und 13 gezeigt.
Die Antenne 14h ist eine Einzelwindungsspule mit einem
Profil, das annähernd
dem Profil ihres dielektrischen Drucks 32 entspricht. Abänderungen
betreffen die Anbringung eines Kühlflüssigkeitsrohres
an der inneren Oberfläche
oder den Verschluß der
vierten Seite zur Bildung eines Rohres rechteckigen Querschnitts.
Der in der Spule 14h fließende Strom induziert ein elektrisches
Feld und damit verbundenen Strom im Plasma auf der anderen Seite
des dielektrischen Drucks 32. Aufgrund der geometrischen
Form des dielektrischen Drucks 32 und der Antenne 14h wird
das Plasma mit Spannung unter dem Druck und auf dessen beiden Seiten
versorgt. Somit wird Spannung in ein verhältnismäßig großes Volumen des Plasmas eingeführt, während ein
relativ kleines, konstruktiv stabiles dielektrisches Fenster aufrechterhalten
wird. Diese nichtplanare Konstruktion der Antenne kann in jedem
einer Anzahl konzentrischer dielektrischer Trogfenster für eine Vielantennenplasmakammer
benutzt werden.
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In
den 14 und 15 ist
eine zweite nichtplanare Konstruktion der Antenne 14i gezeigt. Die
Antenne 14i ist eine Dreiwindungsspule, die so angeordnet
ist, daß die
eine Windung neben der einen Seitenwand 33 des dielektrischen
Troges 32 gewickelt ist, die zweite Windung neben dem Boden 34 des
Troges gewickelt ist und die dritte Windung neben der zweiten Seitenwand 35 des
Troges liegt. Jede Windung der Spule führt somit dem Plasma an der
entsprechenden Seite des Troges 32 Energie zu und vergrößert daher
das Plasmavolumen, in das Energie gelangt. Die Spule ist als Wicklung
aus Material mit kreisrundem Querschnitt dargestellt, wobei aber auch
andere Querschnitte Verwendung finden können, und das Material kann
irgendein vielsträhniger Draht,
Stange oder Rohr sein, durch die eine Kühlflüssigkeit laufen kann. Obgleich
eine Dreiwindungsspule gezeigt ist, schließt dies nicht die Verwendung von
mehr oder weniger Windungen, beispielsweise zwei Windungen, eine
in der Nähe
des Bodens des Trogs 32 und eine in der Nähe der einen
Seite, aus oder sechs Windungen mit zwei in der Nähe jeder Seite
und zwei in der Nähe
des Bodens. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion der Antenne
besteht darin, daß bei
Benutzung von mehr als einer Windung die Induktivität der Spule
im Vergleich zu einer Einwindungsspule vergrößert wird, was die zwischen der
Hochfrequenzspannungsquelle und der Antenne erforderliche passende
Schaltung vereinfachen kann. Antennen dieser Konstruktion lassen
sich in jeder von mehreren konzentrischen dielektrischen Trogfenstern
bei Vielfachantennensystemen anordnen.
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Die
in den 16 und 17 gezeigte
Konstruktion ist eine Einzelwindungsantenne 14j, die in Spiralform
gewickelt ist und dann in einem dielektrischen Trogfenster 37 angeordnet
worden ist. Die Spirale ist so gewickelt, daß Abschnitte der Spule ganz in
der Nähe
jeder der drei Seiten des Troges 37 liegen. Energie wird
in das Plasma neben jeder der drei Seiten des dielektrischen Troges
eingeführt.
Die Steigung der Spirale ist auf der Grundlage einer Anzahl von
Zwängen,
die ausgeglichen werden müssen,
gewählt,
beispielsweise bedeutet eine engere Steigung, daß die Spule öfter genau
durch eine gegebene Seite des Troges paßt und deshalb bei der Einführung von Energie
in das lokale Plasma effektiver ist, während die Länge des Drahtes, der Stange
oder des Rohres, die für
den Bau der Spule Verwendung finden, länger zu höheren ohmschen Verlusten führt.
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Es
versteht sich, daß die
Verwendung vieler ineinander gesetzter Spulen den Bau einer Plasmaquelle
großen
Maßstabs
ermöglicht
und damit die Möglichkeit
schafft, großräumigere
Werkstücke
zu behandeln. Obgleich Spulen und Kammern als mit regelmäßigen Querschnitten
versehen beschrieben worden sind, lassen sich viele der Vorteile
gleichermaßen
mit ineinander gesteckten Spulen erhalten, wo der Querschnitt und
damit die Spule nicht regelmäßig sind,
beispielsweise wenn dieser nierenförmig ausgebildet ist.
