EP4681243A1 - Prozessreaktor und vefahren für die herstellung von strukturen auf einem substrat - Google Patents

Prozessreaktor und vefahren für die herstellung von strukturen auf einem substrat

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Publication number
EP4681243A1
EP4681243A1 EP24714781.2A EP24714781A EP4681243A1 EP 4681243 A1 EP4681243 A1 EP 4681243A1 EP 24714781 A EP24714781 A EP 24714781A EP 4681243 A1 EP4681243 A1 EP 4681243A1
Authority
EP
European Patent Office
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frequency
plasma
reaction chamber
gas
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
EP24714781.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Wege
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H01J37/32165—Plural frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32834—Exhausting

Definitions

  • the invention relates to a process reactor for producing structures on a substrate by means of plasma etching with atomic precision and/or plasma-assisted deposition of atomic layers, comprising: a) a reaction chamber, b) a table and/or holder for the substrate in the reaction chamber, c) a gas supply which evenly wets the substrate with gas in the reaction chamber, wherein the gas supply consists of a gas injector which comprises a line ring with nozzles in which the substrate to be processed can be arranged centrally; d) a pump for evacuating the reaction chamber.
  • the invention relates to a method for producing structures on a substrate in a process reactor.
  • Process reactors are used in plasma etching (ALE) and plasma-assisted deposition (PEALD) of individual atomic layers on a substrate.
  • ALE plasma etching
  • PEALD plasma-assisted deposition
  • ALD Atomic Layer Disposition
  • PEALD Laser-a Enhanced ALD
  • the substrate reacts in a sequential sequence with suitable reaction partners, also called "precursors".
  • suitable reaction partners also called "precursors”.
  • the sequential sequence allows precise control of the layer thickness of the atomic layers.
  • the PEALD process can be described in simplified terms as follows: First, the cleaned surface of the substrate is exposed to a first reaction partner in the reaction chamber of the process reactor (usually without plasma).
  • the substrate is often a disk-shaped semiconductor, which is also called a wafer. It is necessary that the adsorption on the surface is controlled by a self-limiting process.
  • the choice of the appropriate precursor (reaction partner) is crucial. This avoids that no more than one monolayer of the first reaction partner is adsorbed, regardless of the amount of gas available.
  • the remains of the first reaction partner are then flushed out of the reaction chamber of the process reactor or pumped out with a pump. This prevents a gas phase reaction with a second reaction partner.
  • the latter is passed over the substrate surface in a further step and, in classic ALD, is made to react using thermal energy. After that, a so-called flushing cycle in the process reactor is usually required.
  • the reactivity of the reaction partners with the substrate can be significantly increased by using a plasma.
  • the plasma is created, for example, by the interaction of an alternating electric field in a capacitively coupled system.
  • the reactants can react with the substrate as uniformly and evenly as possible in terms of time and space.
  • Atomic Layer Etching is a technique that enables the removal of individual atomic layers.
  • a sequence of as many Self-limiting chemical modification steps are used that only affect the topmost atomic layer of the substrate.
  • etching steps are carried out that only affect the chemically modified areas by using ions with suitably dosed ion energy. This process requires complex gas handling (inlet and pumping) for removal rates of one atomic layer.
  • flow dynamics is an important parameter, especially for the required uniformity.
  • the gas must therefore be introduced into the reaction chamber of the process reactor as evenly and symmetrically as possible.
  • ALE plasma etching
  • PEALD plasma-assisted deposition
  • a gas injector for such ALD, PEALD or ALE process reactors is known from DE 10 2016 108 845 A1.
  • the gas injector is designed as a ring-shaped base body, with inlet nozzles for the gas arranged symmetrically in the base body, pointing towards the center.
  • the inlet nozzles are supplied with gas individually or in groups via gas feeds.
  • at least one bypass is provided in order to bring the gas uniformly to the inlet nozzles. This brings the reaction area in which the substrate is arranged into contact with the reaction partner for the reaction evenly in time and space.
  • EP 0552 491 Bl relates to a plasma etching process using high frequency plasma processing reactors.
  • a plasma reactor which uses a high frequency (HF) energy source to generate the associated electromagnetic HF To electromagnetically couple the wave with the plasma, whereby a silicon source is in contact with the plasma. Processes are carried out in such a reactor.
  • HF high frequency
  • the method comprises loading a semiconductor wafer onto an upper surface of a wafer chuck.
  • the method also comprises supplying a gaseous material between the semiconductor wafer and the upper surface of the wafer chuck through a first gas inlet opening and a second gas inlet opening arranged below a fan-shaped portion of the upper surface.
  • the method further comprises supplying a fluid medium into a fluid inlet opening of the wafer chuck and guiding the fluid medium from the fluid inlet opening so that it flows through a plurality of arcuate channels arranged below the fan-shaped portion of the upper surface.
  • the method also comprises supplying a plasma gas over the semiconductor wafer.
  • DE 11 2014 005 386 B4 relates to a gas deposition system designed to perform plasma activated atomic layer deposition (PEALD) gas deposition cycles that are usable to deposit thin film material layers on exposed surfaces of a solid substrate.
  • the PEALD system includes a reaction chamber, a main vacuum pump for establishing a first vacuum pressure in the reaction chamber during non-plasma precursor deposition cycles, and a second vacuum pump for establishing a second lower vacuum pressure in the reaction chamber during plasma precursor deposition cycles.
  • WO 2007/042017 A1 relates to a device and a method for plasma treatment of objects.
  • the device comprises a plasma chamber in which at least one electrode is arranged as an object carrier.
  • At least one wall region of the plasma chamber and/or at least one component arranged in the plasma chamber forms a counter electrode.
  • a plasma can be generated in the plasma chamber by applying a high-frequency alternating voltage between the electrode and the counter electrode.
  • the plasma chamber is divided by a separating device into at least two partial volumes, of which a first partial volume for a reactive gas contains the electrode and a second partial volume for an inert gas contains an area of the counter electrode that is active during plasma generation.
  • the separating device is designed in such a way that it enables the exchange of electrons in the plasma between the partial volumes required for the generation of the plasma and can act as a diffusion barrier for the reactive gas.
  • the device and the associated method can be used to reduce deposits on the counter electrode caused by the plasma treatment.
  • the known ALD, PEALD and ALE systems have the disadvantage that the substrates to be treated do not come into uniform contact with their reaction partner via their surface. The reason for this is an uneven distribution of the reacting gas in the reaction chamber.
  • WO 2023/147814 A1 discloses a process reactor which is used for plasma etching with atomic precision (ALE) and/or plasma-assisted deposition (PEALD) of atomic layers on a substrate. It comprises a rotationally symmetrical reaction chamber, a centrally positioned table or holder for the substrate, a gas supply for uniform wetting of the substrate with gas, a pump for evacuating the chamber and means for generating plasma.
  • the described embodiment is characterized by the rotationally symmetrical arrangement of the reaction chamber and the centrally symmetrical positioning of the pump under the table or holder. Disclosure of the invention
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a process reactor and a method for an improved and more efficient production of structures on a substrate.
  • a process reactor for the production of structures on a substrate by means of plasma etching with atomic precision and/or plasma-assisted deposition of atomic layers of the type mentioned at the outset further comprises the following features: e) a first and a second frequency generator for generating high-frequency high voltages; f) a first and a second electrode for generating a high-frequency alternating electric field for the ionization of gas to generate a plasma, wherein the first electrode can be supplied with high voltages of a first frequency by the first frequency generator and with high voltages of a second frequency by the second frequency generator; wherein the second electrode is grounded so that the plasma can be generated in a controlled manner with controllable ion energy.
  • a particularly advantageous aspect of the invention lies in the integration of two frequency generators in a process reactor. These frequency generators make it possible to specifically control and modulate a generated plasma by using different frequencies for the ionization of gases. Depending on requirements, high voltages with a first frequency or a second frequency can be applied to the first electrode.
  • the proposed process reactor also makes it possible for a high voltage with a further frequency to be added to an already applied high voltage with a certain frequency, so that high voltages of different frequencies are applied to the first electrode simultaneously. This leads to a precise Control over ion acceleration, plasma density and electron temperature, which in turn enables efficient, uniform and controlled deposition or etching at the atomic level on the substrate.
  • This targeted manipulation of the plasma also enables materials with different chemical and physical properties to be processed efficiently and precisely, which expands the versatility and range of applications of the process reactor.
  • the grounded second electrode also contributes to the stabilization of the plasma, which improves process reliability and the quality of the end products.
  • Another particularly advantageous aspect of the invention is that the structural design and the possibility of individually adapting the process reactor to different process requirements means that both plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers can be carried out in one and the same process reactor. This enables (automated) sequential processing of a substrate using the above-mentioned methods without the substrate having to be introduced into different process reactors. This is to be seen as a significant departure from the state of the art, in which different process reactors had to be used for plasma etching and plasma-assisted deposition.
  • the first frequency comprises a low frequency and the second frequency a high frequency.
  • the low frequency corresponds to a value that is selected from the range comprising: 400 kHz to 5 MHz.
  • the low frequency preferably corresponds to a value of 2 MHz.
  • the high frequency corresponds to a value that is selected from the range comprising: 40 MHz to 150 MHz.
  • the high frequency preferably corresponds to a value of 60 MHz.
  • the low frequency is used in particular for ion acceleration and the high frequency, in contrast, is preferably used for plasma density and electron temperature.
  • the aforementioned value ranges have proven to be particularly effective. The selection was not made at random, but is based on lengthy research work on the process reactor according to the invention.
  • the table and/or the holder comprises the first electrode or is designed as such.
  • a chamber wall and/or a lid preferably comprises the second electrode or is designed as such.
  • a lid refers to the upper cover of the reaction chamber.
  • the lid can act as a second electrode or contain such a second electrode, which means that it is directly involved in the generation and control of the plasma within the chamber.
  • the chamber wall refers in particular to the lateral boundaries of the reaction chamber of the process reactor. Like the lid, the chamber wall can serve as a second electrode or contain such a second electrode.
  • the first and second electrodes are designed in the form of plates lying essentially parallel to one another.
  • This configuration enables a very even distribution of the plasma within the reaction chamber, since the electrode arrangement and design supports a homogeneous electrical field distribution. This leads to a more even treatment of the substrate, improves the uniformity of the etching or coating and reduces potential defects or inhomogeneities on the processed substrate.
  • the distance between the plates should be as small as possible, preferably in the range of 1 mm to 10 mm. A distance of 3 mm has proven to be particularly suitable. This keeps the reaction space with the plasma small, which results in a significant acceleration of the exchange of the reaction gases or cleaning gases.
  • the reaction chamber is rotationally symmetrical or cylindrical, with the lid and the table and/or the holder preferably forming the plates lying parallel to one another.
  • the rotationally symmetrical or cylindrical design of the reaction chamber enables a uniform distribution of the reaction medium, which leads to a homogeneous reaction condition within the chamber.
  • the interaction of the rotational symmetry of the reaction chamber and the pump arranged centrally on it ensures during operation of the system for a uniform flow in the area of the surface of the substrate.
  • the pump is arranged below the table and/or the holder. In this way it is possible to ensure even and uniform flow even during evacuation in the reaction chamber.
  • the process reactor comprises a control unit, wherein the control unit is designed to control and/or regulate the gas supply, the pump and the frequency generators in such a way that switching from plasma etching with atomic precision to plasma-assisted deposition of atomic layers, and vice versa, can take place without further manual adjustment of the process reactor.
  • the integration of a control unit enables automated process control and adaptation to different process requirements.
  • the ability to switch between plasma etching and plasma-assisted deposition without manual adjustment increases the flexibility and efficiency of the process reactor for different applications.
  • a control unit is primarily understood to be a functional unit that can monitor, regulate and control the manufacturing process. This unit can be modular in design to enable flexible adaptation to different control tasks.
  • the control unit preferably has a data processing unit that is equipped with a processor, memory, sensors and/or communication means.
  • the nozzles included in the line ring are designed as Laval nozzles.
  • the design of the nozzles as Laval nozzles enables efficient acceleration of the gas, which leads to improved gas dynamics and reaction kinetics in the process.
  • Laval nozzles can also preferably increase the uniformity of the gas flow, which contributes to a more uniform treatment of the substrate surface and thus to a higher quality of the end products.
  • the line ring comprises several gas lines.
  • the inclusion of several gas lines in the line ring allows simultaneous or sequential supply of different gases. Separate guidance of the gases can also contribute to improved control of the gas composition and concentration, which increases the precision of the chemical processes in the reactor.
  • the gas supply or the line ring is designed to introduce process gases such as O2, N2, HBr, Cl, H2, CH4, CHF3, C4F8, C4F6, SFe, NF3 into the reaction chamber.
  • the process gases can also be introduced into the reaction chamber as diluted gas mixtures.
  • the substrate preferably comprises a silicon wafer, a gallium nitride wafer, a quartz wafer or a gallium arsenide wafer.
  • the gallium nitride wafer and the gallium arsenide wafer are preferably used in combination with aluminum.
  • the use of different substrate types such as silicon wafers, gallium nitride wafers, quartz wafers or gallium arsenide wafers enables the process reactor to be widely used for different semiconductor materials and thus provides a high level of flexibility in semiconductor manufacturing.
  • the table and/or the holder has a constant first temperature.
  • a chamber wall and/or the lid has a constant second temperature.
  • the chamber wall preferably has a first temperature of 90°, while the table preferably has a second temperature from a range of -50°C to 150°C.
  • the invention relates to a method for producing structures on a substrate in a process reactor according to one of the preceding embodiments, the method comprising the following steps: a) introducing a substrate into a reaction chamber of the process reactor; and b) carrying out plasma etching with atomic precision on the substrate in the reaction chamber; or c) carrying out plasma-assisted deposition of atomic layers on the substrate in the reaction chamber; or d) successively carrying out plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers on the substrate in the reaction chamber, where the order of the consecutively performed
  • processes can vary and the change from plasma etching with atomic precision to plasma-assisted deposition of atomic layers, and vice versa, takes place without further manual adjustment of the process reactor.
  • the ability to perform plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers either separately or in sequential steps in a single process reactor provides high process flexibility and enables the production of complex structures with precise layer thicknesses.
  • the automated switching between plasma etching and deposition without manual adjustments reduces process time and minimizes the risk of contamination or errors, resulting in higher yield and cost efficiency.
  • the method is characterized in that in the course of plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers, at least one gas is introduced into the reaction chamber via a gas supply, wherein the gas supply consists of a gas injector which comprises a line ring with nozzles.
  • the gas supply consists of a gas injector which comprises a line ring with nozzles.
  • a plasma is ignited via an alternating electric field that is generated by two electrodes contained in the process reactor, wherein a first electrode is supplied with high voltages of a first frequency by a first frequency generator and with high voltages of a second frequency by a second frequency generator; wherein the second electrode is grounded.
  • the use of two different frequencies enables a differentiated control of the plasma properties, thereby achieving a more precise adaptation to the specific requirements of the etching or deposition process.
  • a very precise control of the ion energy, independent of plasma density and average electron temperature, is enabled for the kinetic reaction.
  • the plasma etching is carried out with atomic precision in such a way that the substrate is evenly wetted with an etching gas via the gas supply, wherein the substrate to be processed is arranged centrally in the conduction ring; an inert gas is introduced into the reaction chamber via the gas supply in order to flush excess etching gas and clean the reaction chamber; a high-frequency alternating electric field is provided to generate a plasma; the reaction chamber is evacuated via a pump.
  • the even and as uniform as possible wetting of the substrate with etching gas leads to a homogeneous etching rate over the entire substrate surface, which improves the uniformity and quality of the processed structures.
  • the etching gas can be used in pure form or as a gas mixture.
  • the introduction of an inert gas to flush excess etching gas and clean the reaction chamber minimizes contamination and defects on the substrate.
  • Evacuating the reaction chamber using a pump creates a controlled pressure environment and ensures low pressure throughout the entire process. This increases process stability and reproducibility and maintains a stable plasma.
  • the plasma-assisted deposition of atomic layers is carried out in such a way that the substrate is evenly wetted with a gas mixture that partially comprises a precursor gas via the gas supply, the substrate to be processed being arranged centrally in the conduction ring; a high-frequency alternating electric field is provided to generate a plasma; a reaction gas, such as O2, H2, N2, HCL, CL2, HBr, NF3, SFe, CF4, C4F6, C4F8, CHF3, CH4, is introduced into the reaction chamber via the gas supply, an inert gas is introduced into the reaction chamber via the gas supply in order to flush out excess precursor gas and/or all reaction products and unwanted gases and to clean the reaction chamber; the reaction chamber is evacuated via a pump.
  • a reaction gas such as O2, H2, N2, HCL, CL2, HBr, NF3, SFe, CF4, C4F6, C4F8, CHF3, CH4
  • the uniform wetting of the substrate with a gas mixture containing a precursor gas enables, in particular, a homogeneous deposition of material layers, which leads to improved layer quality and uniform layer thicknesses.
  • Evacuating the reaction chamber using a pump and flushing the reaction chamber with an inert gas leads to an effect already described in the course of plasma etching.
  • the reaction gases can also be introduced into the reaction chamber in a diluted form as a gas mixture.
  • the precursor gas on the other hand, can also be introduced into the reaction chamber as a pure gas in order to wet the substrate.
  • plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers is followed by the following Intermediate process step: an inert gas is introduced through a gas supply.
  • an inert gas is introduced through a gas supply.
  • Intermediate insertion of an inert gas after plasma etching (or after deposition) and before the deposition of atomic layers (or before plasma etching) prevents undesirable chemical reactions and contamination.
  • the introduction of an inert gas helps to stabilize the reaction conditions by acting as a buffer between the individual process steps and thus improves process control.
  • the individual process steps of plasma etching with atomic precision and plasma-assisted deposition of atomic layers are automated via a control unit, the control unit basing its control on artificial intelligence algorithms.
  • the implementation of artificial intelligence algorithms in the control system enables adaptive process control that can adapt to changing operating conditions in real time, which leads to increased efficiency and precision of the process.
  • the process can integrate self-learning mechanisms that enable continuous optimization of the process parameters, thereby improving product quality and reducing scrap rates.
  • spatially relative terms such as “below”, “under”, “lower”, “above”, “upper” and the like may be used in the present text to simplify the description in order to describe the relationship of an element or structural element to one or more other elements or structural elements, as illustrated in the figures.
  • the spatially relative terms are intended to include other orientations of the device during use or operation in addition to the orientation shown in the figures.
  • the device can also be oriented differently (rotated 90 degrees or oriented differently), and the spatially relative descriptors used in the present text can be interpreted accordingly.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a vertical section through a preferred embodiment of the process reactor according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of a horizontal section through a preferred embodiment of the process reactor according to the invention
  • Fig. 3 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 5 shows a flow chart of a preferred embodiment of the plasma-assisted deposition of atomic layers
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the vertical section of a process reactor 10 according to the invention for plasma etching with atomic precision of a substrate 12 and/or for plasma-assisted deposition of atomic layers on the substrate 12.
  • the process reactor 10 contains a protective housing 14 in which a reaction chamber 16 is provided. While the protective housing 14 can have almost any geometric shape as a housing body, the reaction chamber 16 is designed to be rotationally symmetrical.
  • the reaction chamber 16 is essentially cylindrical. In principle, other rotationally symmetrical geometries of the reaction chamber 16 are also conceivable, such as a conical or spherical Reaction chamber 16.
  • the substrate 12 is held on a table 18 centrally in a reaction chamber 16.
  • the table 18 is supported by six tubular profile bodies 20.
  • the tubular profile bodies 20 are hollow at the core, creating a cavity 22 in them.
  • Supply and control lines 21, both feed lines 24 and discharge lines 26, are led out of the reaction chamber 16 through the cavity 22 of the tubular profile bodies 20.
  • the feed lines 24 and discharge lines 26 are, for example, required electrical lines, liquid or gas lines.
  • These supply lines 21 are led through openings 27 in the table 18. In this way, resources can be fed centrally and symmetrically to the substrate 12 from outside the reaction chamber 16.
  • the tubular profile bodies 20 are designed to be height-adjustable. This is achieved by a telescopic structure of the tubular profile bodies 20, which can change their length using a drive 28.
  • the substrate 12 is introduced into the reaction chamber 16 for processing via a vacuum lock 29 and is centrally positioned and fixed on the table 18 - also called a "chuck".
  • the fully processed substrate 12 is also removed from the reaction chamber 16 again via the vacuum lock 29.
  • a gas supply 31 is provided in the upper region 30.
  • the gas supply 31 is designed as a gas injector 32.
  • a gas or a gas mixture is fed to the gas injector 32 through a gas line 33.
  • the gas injector 32 consists of a line ring 34 on which numerous Laval nozzles 36 are arranged.
  • the center of the ring-shaped gas injector 32 lies on a central axis 38 of the reaction chamber 16.
  • the Laval nozzles 36 are arranged radially symmetrically about the central axis 38. In this embodiment, the Laval nozzles 36 point towards the central axis 38 of the reaction chamber 16.
  • at least one channel is provided as a bypass 40 to the line ring 34.
  • Connections 42, 44 serve to connect the gas line 33, such as for helium, and electrical supply and control lines 21 to the process reactor 10.
  • the amount of gas supplied to the gas injector 32 can be regulated via an adjustable control valve 45.
  • the process reactor has a first and a second electrode 46, 47 for generating a high-frequency alternating electric field for the ionization of gas to generate a plasma.
  • the reactivity of the reaction partners with the substrate 12 is significantly increased when a plasma is used.
  • the plasma is created by igniting a gas discharge.
  • Argon is particularly suitable as a plasma gas for the reaction processes. A sequential sequence is achieved by pulsing the plasma power.
  • the second electrode 47 is grounded.
  • the first electrode 46 is supplied with high-frequency high voltage, in particular via connection 55 and electrical supply lines 24.
  • a first and a second frequency generator 64, 66 are provided for generating high-frequency high voltages, wherein the first electrode 46 can be supplied with high voltages of a first frequency by the first frequency generator 64 and with high voltages of a second frequency by the second frequency generator 66.
  • high voltages of the second frequency can be added to the high voltages of the first frequency applied to the first electrode 46, and vice versa, so that high voltages of the first and the second frequency are applied to the first electrode 46 at the same time.
  • the proposed process reactor 10 is characterized, among other things, in that the first frequency comprises a low frequency and the second frequency comprises a high frequency.
  • the low frequency can correspond to a value in the range 400 kHz to 5 MHz.
  • the high frequency can correspond to a value in the range 40 MHz to 150 MHz.
  • the table 18 comprises the first electrode 46 or can be designed as such.
  • the cover 68 of the process reactor 10, on the other hand, has the second electrode 47.
  • the process reactor 10 has a control unit 62.
  • the control unit 62 can be divided into individual, separate processor-controlled modules that perform different tasks.
  • the control unit 62 is particularly designed to control and/or regulate the gas supply 31, the pump 60 and the frequency generators 64, 66 in such a way that switching from plasma etching with atomic precision is possible. plasma-assisted deposition of atomic layers, and vice versa, without further manual adjustment of the process reactor 10.
  • a ring-shaped dynamic pressure generator 48 is provided in the lower area 50, below the table 18.
  • the dynamic pressure generator 48 is a ring sieve 54, which is a grounded metal ring with numerous close-meshed holes 52 through which a gas can be evacuated.
  • the dynamic pressure generator 48 serves as a dynamic pressure generator for the gas in the reaction chamber 16 and at the same time limits the expansion of the plasma generated in the reaction chamber 16.
  • the dynamic pressure generator 48 therefore also acts as a plasma limiter.
  • the dynamic pressure generator 48 also largely decouples the flow of the lower area 50 from the upper area 30.
  • the reaction chamber 16 has a central opening 58 at its bottom 56.
  • a turbo pump 60 is flanged centrally symmetrically to this central opening 58.
  • the performance of the turbo pump 60 is regulated by a processor-controlled control unit 62.
  • the turbo pump 60 serves to evacuate the reaction chamber 16.
  • the turbo pump 60 ensures that the reaction chamber 16 operates permanently in the low pressure range.
  • the rotationally symmetrical reaction chamber 16 and the correspondingly symmetrical arrangements of the components for the gas supply and the evacuation of the gas as a reaction partner for the substrate 12 allow an extremely uniform flow distribution in the area of the centrally symmetrically arranged substrate 12. This desired uniform distribution results in an equally uniform reaction of the gas as a reaction partner with the substrate 12.
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of a horizontal section through the process reactor 10 according to the invention according to Fig. 1. Insofar as the components of the two figures correspond, the same reference numerals are used. As is very clear in this illustration of Fig. 2, the components are arranged rotationally symmetrically about the central axis 38.
  • the reaction chamber 16 is provided in the protective housing 14.
  • the gas injector 32 is arranged centered around the axis 38.
  • the Laval nozzles 36 are provided on the line ring 34. Some of the Laval nozzles 36 are on the one hand from the line ring 34 and on the other hand from the bypass 40.
  • the gas injector 32 is supplied with a gas or a gas mixture as a reaction partner from the individual gas supply line 33, which is connected to the gas connection 42. The amount of gas that is fed to the gas injector 32 via the gas connection 42 is regulated via the control valve 45.
  • the table 18, on which the substrate 12 is fixed, is supported by the six tubular profile bodies 20. Both the table 18 or chuck and the substrate 12 are positioned centrally in the reaction chamber 16 below the gas injector 32.
  • the profile bodies 20 are also arranged radially symmetrically around the axis 38.
  • the supply lines 24 and possibly also the discharge lines 26 are led through the profile bodies 20.
  • the supply lines 24 are gas lines through which, for example, the gas helium is transported or electrical lines through which the first electrode 46 is supplied with high voltage. If necessary, these lines are sufficiently insulated to prevent electrical arcing caused by the high voltage. Heating elements not shown are also supplied with voltage via such supply lines 24.
  • the discharge lines 26 can be, for example, signal lines through which signals from sensors not shown or control signals for various components are transmitted.
  • the mesh-like structure of the dynamic pressure generator 48 can be clearly seen.
  • the dynamic pressure generator 48 is formed by the grounded metallic ring sieve 54 with its holes 52.
  • the dynamic pressure generator 48 also prevents an undesirable expansion of the plasma.
  • the dynamic pressure that the dynamic pressure generator 48 generates for a gas or gas mixture to be evacuated optimizes the uniformity of the flow in the upper region 30. How the flow behaves below the dynamic pressure generator 48 is largely negligible for the reaction of the substrate 12 with a gas as a reaction partner.
  • the turbo pump 60 evacuates the reaction chamber 16. Due to the centrally symmetrical arrangement of the turbo pump 60 on the bottom 56 of the reaction chamber 16, the gas or gas mixture is sucked symmetrically through the central opening 58 into the turbo pump 60.
  • the radially symmetrical flow patterns of the gas or gas mixture are all approximately the same, which ensures optimized uniformity of the flow patterns in the area of the substrate. 12 can essentially be guaranteed.
  • the symmetrical flow patterns are only achieved by the radially symmetrical arrangement of the components, as well as the rotationally symmetrical reaction chamber 16 and the centrally symmetrically mounted turbo pump 60.
  • Fig. 3 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention for producing structures on a substrate 12 in a process reactor 10, which comprises the following steps:
  • a substrate 12 is introduced into a reaction chamber 16 of the process reactor 10.
  • the substrate 12 can then either be subjected to a plasma etching process with atomic precision, or a plasma-assisted deposition of atomic layers can be carried out on the substrate 12. It is also possible to carry out these two processes consecutively, whereby the order of the processes can vary.
  • inert gas is introduced through a gas supply in particular in order to clean the reaction chamber 16.
  • Fig. 4 shows a flow chart of a preferred embodiment of plasma etching with atomic precision.
  • a substrate 12 is introduced into the reaction chamber 16 of the process reactor 10.
  • the substrate 12 is then evenly wetted with an etching gas via a gas feed 31.
  • the substrate 12 to be processed is located centrally in the conduction ring 34.
  • An inert gas is introduced into the reaction chamber 16 via the gas supply 31, in particular to flush out excess etching gas and to clean the reaction chamber 16.
  • the inert gas is continuously introduced into the reaction chamber 16.
  • a high-frequency alternating electric field is provided in order to generate a plasma.
  • the reaction chamber 16 is continuously evacuated by means of a pump 60.
  • Fig. 5 shows a flow chart of a preferred embodiment of the plasma-assisted deposition of atomic layers.
  • a substrate 12 is introduced into the reaction chamber 16 of the process reactor 10.
  • the substrate 12 is then evenly wetted with a gas mixture which contains a proportion of a precursor gas. This takes place via a gas supply 31, and the substrate 12 to be processed is positioned centrally in the line ring 34.
  • a high frequency alternating electric field is provided to generate a plasma.
  • a reaction gas such as O2 or H2 is introduced into the reaction chamber 16, also via the gas supply 31.
  • An inert gas is continuously supplied to flush out excess precursor gas and/or all reaction products and undesirable gases and to clean the reaction chamber 16.
  • the reaction chamber 16 is continuously evacuated by means of a pump 60.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of the coupling of the high-frequency voltages.
  • a multi-frequency tuning device 70 is connected to a first frequency generator 64 and a second frequency generator 66.
  • the first frequency generator 64 is configured to generate high voltages of a high frequency, preferably 60 MHz, while the second frequency generator 66 is set to a lower frequency, preferably 2 MHz.
  • These frequency generators serve to generate a high-frequency alternating electric field that is required for the ionization of gas and the generation of plasma within a reaction chamber (not shown).
  • the multi-frequency tuning device 70 is connected to the first electrode 64 via a high-frequency feed 72. This is included in the table 18, or the table 18 is designed as such.
  • the first electrode 64 can optionally be subjected to high voltages of the first or second frequency or a combination of both in order to precisely control the properties of the plasma and achieve a controllable ion energy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prozessreaktor (10) für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat (12) mittels Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und/oder plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen. Der Prozessreaktor (10) umfasst eine Reaktionskammer (16), einen Tisch (18) und/oder eine Halterung für das Substrat (12) in der Reaktionskammer (16). Eine Gaszuführung (31) benetzt das Substrat (12) gleichmäßig mit Gas in der Reaktionskammer (16), wobei die Gaszuführung (31) aus einem Gasinjektor (32) besteht, der einen Leitungsring (34) mit Düsen umfasst. Das zu bearbeitende Substrat (12) kann in dem Leitungsring (34) zentral angeordnet werden. Eine Pumpe (60) evakuiert die Reaktionskammer (16). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat in einem Prozessreaktor.

Description

PROZESSREAKTOR UND VEFAHREN FÜR DIE HERSTELLUNG VON STRUKTUREN AUF EINEM SUBSTRAT
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Prozessreaktor für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat mittels Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und/oder plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, umfassend: a) eine Reaktionskammer, b) einen Tisch und/oder Halterung für das Substrat in der Reaktionskammer, c) eine Gaszuführung, welche das Substrat gleichmäßig mit Gas in der Reaktionskammer benetzt, wobei die Gaszuführung aus einem Gasinjektor besteht, der einen Leitungsring mit Düsen umfasst, in dem das zu bearbeitende Substrat zentral angeordnet werden kann; d) eine Pumpe zum Evakuieren der Reaktionskammer.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat in einem Prozessreaktor.
Beschreibung
Prozessreaktoren kommen in der Plasma-Ätztechnik (ALE) und in der plasmaunterstützten Abscheidung (PEALD) von einzelnen Atomlagen auf einem Substrat zum Einsatz. Bei der Abscheidung werden die einzelnen Atomschichten auf dem Substrat, wie z.B. einem Halbleiter, mit dem ALD- (=Atomic Layer Disposition) bzw. mit dem PEALD-Verfahren (=Plasma Enhanced ALD) aufgebracht. Hierdurch können kleinste Strukturen bzw. Dotierungen auf einem Substrat, wie sie bei der industriellen Chipherstellung erforderlich sind, erzeugt werden.
In der PEALD-Technik reagiert das Substrat in einer sequentiellen Abfolge mit geeigneten Reaktionspartnern, auch „Precursor" genannt. Die sequentielle Abfolge erlaubt eine genaue Kontrolle der Schichtdicke der Atomlagen.
Das PEALD-Verfahren lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: Zunächst wird die gereinigte Oberfläche des Substrats in der Reaktionskammer des Prozessreaktors einem ersten Reaktionspartner ausgesetzt (meist ohne Plasma). Bei dem Substrat handelt es sich oft um einen scheibenförmigen Halbleiter, welcher auch als Wafer bezeichnet wird. Es ist hierbei erforderlich, dass die Adsorption an der Oberfläche durch einen selbstlimitierenden Prozess gesteuert wird. Die Wahl des geeigneten Precursors (Reaktionspartner) ist entscheidend. Damit wird vermieden, dass nicht mehr als eine Monolage des ersten Reaktionspartners, unabhängig von der Menge angebotenen Gases, adsorbiert wird. Anschließend werden die Reste des ersten Reaktionspartners aus der Reaktionskammer des Prozessreaktors gespült bzw. mit einer Pumpe abgepumpt. Dies verhindert eine Gasphasenreaktion mit einem zweiten Reaktionspartner. Letzterer wird in einem weiteren Schritt über die Substratoberfläche geleitet und bei der klassischen ALD über thermische Energie zur Reaktion gebracht. Danach ist in der Regel wiederum ein sogenannter Spülzyklus im Prozessreaktor erforderlich.
Die Reaktivität der Reaktionspartner mit dem Substrat kann signifikant erhöht werden, indem ein Plasma zum Einsatz kommt. Das Plasma entsteht durch z.B. die Wechselwirkung eines elektrischen Wechselfeldes in einem z.B. kapazitiv gekoppelten System.
Bei diesem Verfahren ist es wünschenswert, dass die Reaktionspartner mit dem Substrat zeitlich und auch räumlich möglichst uniform bzw. gleichmäßig reagieren können. Die PEALD- Anlagentechnik ist naturgemäß komplex, da die Gasführungs- und andere flowdynamische Systeme auch der uniformen Einkopplung von RF-Leistung (RF=Hochfrequenz) entsprechen müssen.
Das Ätzen von Atomschichten ALE (=Atomic Layer Etching) ist eine Technik, die die Entfernung einzelner Atomschichten ermöglicht. Dabei kommt eine Abfolge zwischen möglichst selbstbegrenzenden chemischen Modifikationsschritten zum Einsatz, die nur die oberste Atomschicht des Substrats betreffen. Ferner werden Ätzschritte durchgeführt, die nur die chemisch modifizierten Bereiche betreffen, indem Ionen mit geeignet dosierter lonenenergie eingesetzt werden. Dieses Verfahren macht ein komplexes Gashandling (Einlass und Pumpen) für Abtragsraten einer Atomschicht erforderlich.
Für die PEALD Abscheidung und der ALE Ätzung in einem Prozessreaktor ist die Strömungsdynamik ein wichtiger Parameter insbesondere für die erforderliche Uniformität. Somit muss das Gas möglichst gleichmäßig und symmetrisch in die Reaktionskammer des Prozessreaktors eingebracht werden.
Für die Plasma-Ätztechnik (ALE) und die plasmaunterstützte Abscheidung (PEALD) werden jeweils unterschiedliche Prozessreaktoren verwendet. Die Integration der Plasma-Ätztechnik (ALE) und der plasmaunterstützten Abscheidung (PEALD) in einem Prozessreaktor - d.h. die Durchführung beider Verfahren in einem einzigen Prozessreaktor - kann den Herstellungsprozess von Halbleitern wesentlich effizienter gestalten. Die technische Herausforderung, beide Verfahren aufgrund ihrer unterschiedlichen Anforderungen an Prozessbedingungen und Gasführung in einem Reaktor zu vereinen, hat jedoch bisher eine Realisierung verhindert.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2016 108 845 Al ist ein Gasinjektor für solche ALD, PEALD bzw. ALE- Prozessreaktoren bekannt. Der Gasinjektor ist als ringförmiger Grundkörper ausgebildet, wobei Einlassdüsen für das Gas symmetrisch zum Zentrum zeigend in dem Grundkörper angeordnet sind. Die Einlassdüsen werden einzeln oder in Gruppenverbünden über Gaszuführungen mit Gas beaufschlagt. Dazu ist wenigstens ein Bypass vorgesehen, um das Gas uniform an die Einlassdüsen zu bringen. Dadurch wird der Reaktionsbereich, in dem das Substrat angeordnet ist, zeitlich und räumlich gleichmäßig mit dem Reaktionspartner zur Reaktion in Kontakt gebracht.
Die EP 0552 491 Bl betrifft einen Plasmaätzprozess unter Einsatz von Hochfrequenz- Plasmaverarbeitungsreaktoren. Es wird insbesondere ein Plasmareaktor beschrieben, der eine Hochfrequenz-(HF)-Energiequelle verwendet, um die zugehörige elektromagnetische HF- Welle mit dem Plasma elektromagnetisch zu koppeln, wobei eine Siliziumquelle in Kontakt mit dem Plasma steht. Dabei werden Prozesse in einem solchen Reaktor durchgeführt.
Die DE 10 2020 107 215 Al beschreibt ein Verfahren zum Verarbeiten eines Halbleiterwafers. Das Verfahren umfasst ein Laden eines Halbleiterwafers auf eine obere Fläche einer Wafer- Spannvorrichtung. Das Verfahren umfasst außerdem ein Zuführen eines gasförmigen Materials zwischen den Halbleiterwafer und die obere Fläche der Wafer-Spannvorrichtung durch eine erste Gaseinlassöffnung und eine zweite Gaseinlassöffnung, die unterhalb eines fächerförmigen Abschnitts der oberen Fläche angeordnet sind. Das Verfahren umfasst ferner ein Zuführen eines Fluidmediums in eine Fluideinlassöffnung der Wafer-Spannvorrichtung und Führen des Fluidmediums von der Fluideinlassöffnung, so dass es durch mehrere bogenförmige Kanäle fließt, die unterhalb des fächerförmigen Abschnitts der oberen Fläche angeordnet sind. Außerdem umfasst das Verfahren ein Zuführen eines Plasmagases über den Halbleiterwafer.
In der DE 10 2019 001 615 Al wird ein plasmagestütztes CVD-Verfahren vorgestellt, bei dem die Energie zur Erzeugung des Plasmas nicht durch elektromagnetische Strahlung in den CVD- Reaktor eingekoppelt wird, sondern durch einen Explosionsvorgang Energie freigesetzt wird, die das Plasma letztendlich erzeugt. Dadurch entsteht innerhalb der Explosionszone ein Plasma mit schichtbildenden und wachstumsfördernden Reaktionsspezies, die mittels der sich von dem Explosionsort ausbreitenden Stoßfront auf die Substratoberfläche auftreffen, wo sich die abzuscheidende Dünnschicht ausbildet. Der Vorteil eines solchen Verfahrens ist eine Schichtabscheidung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. Eine uniforme Abscheidung an einem Substrat lässt sich aber nicht gut mit diesem Verfahren realisieren.
Die DE 11 2014 005 386 B4 bezieht sich auf ein Gasabscheidungssystem, das dazu ausgelegt ist, Plasmaaktivierte Atomschichtabscheidungs- (PEALD-) Gasabscheidungszyklen durchzuführen, die verwendbar sind, um Dünnfilm-Materialschichten auf freiliegenden Oberflächen eines Festkörpersubstrats abzuscheiden. Das PEALD-System enthält insbesondere eine Reaktionskammer, eine Hauptvakuumpumpe zum Herstellen eines ersten Vakuumdrucks in der Reaktionskammer während Nicht-Plasma-Precursor- Abscheidungszyklen und eine zweite Vakuumpumpe zum Herstellen eines zweiten niedrigeren Vakuumdrucks in der Reaktionskammer während Plasma-Precursor- Abscheidungszyklen. Die WO 2007/042017 Al betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Plasmabehandlung von Objekten. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Plasmakammer, in der zumindest eine Elektrode als Objektträger angeordnet ist. Weiterhin bildet zumindest ein Wandbereich der Plasmakammer und/oder zumindest ein in der Plasmakammer angeordnetes Bauteil eine Gegenelektrode. Mittels einer Hochfrequenzeinheit ist durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode ein Plasma in der Plasmakammer erzeugbar. Die Plasmakammer ist durch eine Trenneinrichtung in zumindest zwei Teilvolumina aufgeteilt, von denen ein erstes Teilvolumen für ein Reaktivgas die Elektrode und ein zweites Teilvolumen für ein Inertgas einen bei der Plasmaerzeugung aktiven Bereich der Gegenelektrode beinhalten.
Die Trenneinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie einen für die Erzeugung des Plasmas erforderlichen Elektronenaustausch im Plasma zwischen den Teilvolumina ermöglicht und als Diffusionssperre für das Reaktivgas wirken kann. Mit der Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren können durch die Plasmabehandlung hervorgerufene Niederschläge auf der Gegenelektrode vermindert werden.
Die bekannten ALD-, PEALD- und ALE-Anlagen haben den Nachteil, dass die zu behandelnden Substrate über Ihre Oberfläche nicht uniform mit ihrem Reaktionspartner in Kontakt kommen. Ursächlich ist eine Ungleichverteilung des jeweils reagierenden Gases in der Reaktionskammer.
Weiterhin ist aus WO 2023/147814 Al ein Prozessreaktor bekannt, der dem Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit (ALE) und/oder der plasmaunterstützten Abscheidung (PEALD) von Atomlagen auf einem Substrat dient. Er umfasst eine rotationssymmetrische Reaktionskammer, einen zentral positionierten Tisch oder Halterung für das Substrat, eine Gaszuführung für gleichmäßige Benetzung des Substrats mit Gas, eine Pumpe zur Evakuierung der Kammer und Mittel zur Plasmaerzeugung. Die beschriebene Ausführungsform zeichnet sich durch die rotationssymmetrische Anordnung der Reaktionskammer und die zentralsymmetrische Positionierung der Pumpe unter dem Tisch oder der Halterung aus. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Prozessreaktor sowie ein Verfahren für eine verbesserte und effizientere Herstellung von Strukturen auf einem Substrat bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Prozessreaktor für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat mittels Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und/oder plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen der eingangs genannten Art weiterhin folgende Merkmale umfasst: e) einen ersten und einen zweiten Frequenzgenerator zur Erzeugung von hochfrequenten Hochspannungen; f) eine erste und eine zweite Elektrode zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes für die Ionisierung von Gas zur Generierung eines Plasmas, wobei die erste Elektrode von dem ersten Frequenzgenerator mit Hochspannungen einer ersten Frequenz und von dem zweiten Frequenzgenerator mit Hochspannungen einer zweiten Frequenz beaufschlagt werden kann; wobei die zweite Elektrode geerdet ist, sodass das Plasma gesteuert mit kontrollierbarer lonenenergie erzeugt werden kann.
Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt in der Integration von zwei Frequenzgeneratoren in einem Prozessreaktor. Diese Frequenzgeneratoren ermöglichen es, ein erzeugtes Plasma gezielt zu steuern und zu modulieren, indem unterschiedliche Frequenzen für die Ionisierung von Gasen genutzt werden. Je nach Bedarf können Hochspannungen mit einer ersten Frequenz oder einer zweiten Frequenz an der ersten Elektrode anliegen. Der vorgeschlagene Prozessreaktor ermöglicht es zudem, dass einer bereits anliegenden Hochspannung mit einer bestimmten Frequenz eine Hochspannung mit einer weiteren Frequenz zugeschaltet werden kann, sodass simultan Hochspannungen unterschiedlicher Frequenz an der ersten Elektrode anliegen. Dies führt zu einer präzisen Kontrolle über die lonenbeschleunigung, die Plasmadichte und die Elektronentemperatur, was wiederum eine effiziente, uniforme und kontrollierte Abscheidung bzw. Ätzung auf atomarer Ebene auf dem Substrat ermöglicht. Durch diese gezielte Manipulation des Plasmas können zudem Materialien mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften effizient und präzise bearbeitet werden, was die Vielseitigkeit und Anwendungsbreite des Prozessreaktors erweitert.
Die geerdete zweite Elektrode trägt darüber hinaus insbesondere zur Stabilisierung des Plasmas bei, was die Prozesssicherheit und die Qualität der Endprodukte verbessert.
Ein weiterer besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, dass konstruktive Ausgestaltung und die Möglichkeit der individuellen Anpassung des Prozessreaktors an unterschiedliche Prozessanforderungen sowohl Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit als auch plasmaunterstützte Abscheidung von Atomlagen in ein und demselben Prozessreaktor durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht eine (automatisierte) sequentielle Bearbeitung eines Substrates mit den oben genannten Verfahren, ohne dass das Substrat in unterschiedliche Prozessreaktoren eingebracht werden muss. Dies ist als wesentliche Abkehr vom Stand der Technik zu werten, bei dem bisher für das Plasma-Ätzen und die plasmaunterstützte Abscheidung jeweils unterschiedliche Prozessreaktoren verwendet werden mussten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Prozessreaktors umfasst die erste Frequenz eine niedrige und die zweite Frequenz eine hohe Frequenz. Die niedrige Frequenz entspricht dabei einem Wert, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 400 kHz bis 5 MHz. Vorzugsweise entspricht die niedrige Frequenz einem Wert von 2MHz. Demgegenüber entspricht die hohe Frequenz einem Wert, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 40MHz bis 150 MHz. Vorzugsweise entspricht die hohe Frequenz einem Wert von 60 MHz. Die niedrige Frequenz dient insbesondere der lonenbeschleunigung und die hohe Frequenz dient demgegenüber vorzugsweise der Plasmadichte und Elektronentemperatur. Die vorgenannten Wertbereiche haben sich dabei als besonders wirkungsvoll gezeigt. Die Auswahl ist dabei nicht zufällig getroffen worden, sondern basiert vielmehr auf langwierigen Forschungsarbeiten an dem erfindungsgemäßen Prozessreaktor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prozessreaktors umfasst der Tisch und/oder die Halterung die erste Elektrode oder ist als eine solche ausgestaltet. Darüber hinaus umfasst eine Kammerwand und/oder ein Deckel bevorzugt die zweite Elektrode oder ist als eine solche ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhafterweise eine effiziente Nutzung der räumlichen Anordnung des erfindungsgemäßen Prozessreaktors, insoweit ermöglicht die Ausführungsform eine kompakte Bauweise. Darüber hinaus kann die Integration der Elektroden in strukturelle Komponenten des Reaktors wie den Tisch oder die Kammerwände den Aufbau des Reaktors vereinfachen und dessen Zuverlässigkeit erhöhen, da weniger separate Bauteile benötigt werden und die Konstruktion insgesamt robuster wird.
Im Sinne der Erdfindung bezieht sich ein Deckel auf die obere Abdeckung der Reaktionskammer. In der vorgenannten Ausführungsform kann der Deckel als zweite Elektrode fungieren oder eine solche enthalten, was bedeutet, dass er direkt an der Erzeugung und Steuerung des Plasmas innerhalb der Kammer beteiligt ist. Die Kammerwand bezeichnet insbesondere die seitlichen Begrenzungen der Reaktionskammer des Prozessreaktors. Wie der Deckel, kann die Kammerwand als zweite Elektrode dienen oder eine solche enthalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Elektrode in Form von im Wesentlichen parallel zueinander liegenden Platten ausgestaltet. Diese Konfiguration ermöglicht eine sehr gleichmäßige Verteilung des Plasmas innerhalb der Reaktionskammer, da die Elektrodenanordnung und -ausgestaltung eine homogene elektrische Feldverteilung unterstützt. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Behandlung des Substrats, verbessert die Uniformität der Ätzung oder Beschichtung und reduziert potenzielle Defekte oder Inhomogenitäten auf dem bearbeiteten Substrat. Der Abstand der Platten sollte möglichst klein gewählt werden, vorzugsweise im Bereich von 1mm bis 10mm. Dabei erweist sich ein Abstand von 3mm als besonders geeignet. Hierdurch wird der Reaktionsraum mit dem Plasma klein gehalten, was eine erhebliche Beschleunigung des Austauschs von den Reaktionsgasen bzw. Reinigungsgasen zur Folge hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Reaktionskammer rotationssymmetrisch bzw. zylinderförmig ausgestaltet, wobei der Deckel und der Tisch und/oder die Halterung vorzugsweise die parallel zueinander liegenden Platten bilden. Die rotationssymmetrische bzw. zylinderförmige Ausgestaltung der Reaktionskammer ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Reaktionsmediums, was zu einer homogenen Reaktionsbedingung innerhalb der Kammer führt. Das Zusammenspiel von Rotationssymmetrie der Reaktionskammer und der zentral daran angeordneten Pumpe sorgt im Betrieb der Anlage für eine uniforme Strömung im Bereich der Oberfläche des Substrats. Die Pumpe ist dabei unterhalb desTischs und/oder der Halterung angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, gleichmäßig und uniform die Strömung auch beim Evakuieren in der Reaktionskammer zu gewährleisten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Prozessreaktor eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Gaszuführung, die Pumpe sowie die Frequenzgeneratoren derart zu steuern und/oder zu regeln, dass ein Umschalten von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit zu plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, und umgekehrt, ohne eine weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors erfolgen kann. Die Integration einer Steuereinheit ermöglicht eine automatisierte Prozesskontrolle und Anpassung an unterschiedliche Prozessanforderungen. Die Fähigkeit, ohne manuelle Anpassungen zwischen Plasma-Ätzen und plasmaunterstützter Abscheidung umzuschalten, erhöht dabei die Flexibilität und Effizienz des Prozessreaktors bei den unterschiedlichen Anwendungen.
Im Kontext dieser Erfindung wird unter einer Steuereinheit vorrangig eine funktionale Einheit verstanden, die den Herstellungsprozess überwachen, regeln und steuern kann. Diese Einheit kann modular aufgebaut sein, um eine flexible Anpassung an verschiedene Steuerungsaufgaben zu ermöglichen. Vorzugsweise weist die Steuereinheit eine Datenverarbeitungseinheit, die mit einem Prozessor, Speicher, Sensoren und/oder Kommunikationsmitteln ausgestattet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die im Leitungsring umfassten Düsen als Lavaldüsen ausgebildet. Die Ausgestaltung der Düsen als Lavaldüsen ermöglicht eine effiziente Beschleunigung des Gases, was zu einer verbesserten Gasdynamik und Reaktionskinetik im Prozess führt. Lavaldüsen können ferner bevorzugt die Gleichmäßigkeit des Gasflusses erhöhen, was zu einer gleichförmigeren Behandlung der Substratoberfläche und somit zu einer höheren Qualität der Endprodukte beiträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Leitungsring mehrere Gasleitungen. Die Einbeziehung mehrerer Gasleitungen im Leitungsring erlaubt eine simultane oder sequenzielle Zuführung verschiedener Gase. Eine separate Führung der Gase kann zudem zu einer verbesserten Kontrolle der Gaszusammensetzung und -Konzentration beitragen, was die Präzision der chemischen Prozesse im Reaktor steigert. Insbesondere ist die Gaszuführung bzw. der Leitungsring dazu eingerichtet, Prozessgase, wie zum Beispiel O2, N2, HBr, Cl, H2, CH4, CHF3, C4F8, C4F6, SFe, NF3 in die Reaktionskammer einzuleiten. Die Prozessgase können auch als verdünnte Gasgemische in die Reaktionskammer eingeleitet werden.
Bevorzugt umfasst das Substrat einen Silizium-Wafer, einen Galliumnitrid-Wafer, einen Quarz- Wafer oder einen Galliumarsenid-Wafer. Der Galliumnitrid-Wafer und der Galliumarsenid- Wafer wird dabei vorzugsweise in Kombination mit Aluminium verwendet. Die Verwendung verschiedener Substrattypen wie Silizium-Wafer, Galliumnitrid-Wafer, Quarz-Wafer oder Galliumarsenid-Wafer ermöglicht eine breite Anwendbarkeit des Prozessreaktors für unterschiedliche Halbleitermaterialien und damit eine hohe Flexibilität in der Halbleiterfertigung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Tisch und/oder die Halterung eine konstante erste Temperatur auf. Demgegenüber weist eine Kammerwand und/oder der Deckel eine konstante zweite Temperatur auf. Die Kammerwand weist dabei vorzugsweise eine erste Temperatur von 90° auf, während der Tisch vorzugsweise eine zweite Temperatur aus einem Bereich von -50°C bis 150°C aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat in einem Prozessreaktor nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Einbringen eines Substrats in eine Reaktionskammer des Prozessreaktors; und b) Durchführung von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit auf dem Substrat in der Reaktionskammer; oder c) Durchführung von plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen auf dem Substrat in der Reaktionskammer; oder d) Aufeinanderfolgende Durchführung von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen auf dem Substrat in der Reaktionskammer, wobei die Reihenfolge der aufeinanderfolgend durchgeführten
Prozesse variieren kann und der Wechsel von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit zu plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, und umgekehrt, ohne eine weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors erfolgt.
Die Möglichkeit, Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und plasmaunterstützte Abscheidung von Atomlagen entweder separat oder in aufeinanderfolgenden Schritten in einem einzigen Prozessreaktor durchzuführen, bietet eine hohe Prozessflexibilität und ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen mit präzisen Schichtdicken. Der automatisierte Wechsel zwischen Plasma-Ätzen und Abscheidung ohne manuelle Anpassungen reduziert die Prozesszeit und minimiert das Risiko von Kontaminationen oder Fehlern, was zu einer höheren Ausbeute und Kosteneffizienz führt.
Ein Fachmann erkennt, dass die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prozessreaktor erörterten Vorteile, technischen Effekte und bevorzugten Ausführungsformen analog für das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat gelten. Ebenfalls sind alle Vorteile, technischen Effekte und bevorzugten Ausführungsformen, welche im Kontext des Verfahrens beschrieben werden, auf den Prozessreaktorübertragbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen jeweils wenigstens ein Gas über eine Gaszuführung in die Reaktionskammer eingebracht wird, wobei die Gaszuführung aus einem Gasinjektor besteht, der einen Leitungsring mit Düsen umfasst. Die Verwendung eines Gasinjektors mit einem Leitungsring und Düsen ermöglicht eine gleichmäßige und uniforme Verteilung der Gase in der Reaktionskammer, was zu einer homogenen Reaktionsumgebung und damit zu gleichmäßigeren Ätz- und Abscheidungsprozessen führt. Die präzise Gaszuführung durch den Gasinjektor kann ferner die Effizienz des Materialverbrauchs verbessern und die Prozesskosten senken, indem sie den Gasverbrauch minimiert und die Prozesssicherheit erhöht. Darüber hinaus lässt sich eine zweite Prozesskammer (Entweder ALD oder ALE) einsparen. Insbesondere im Hinblick auf die Energiekosten und die Nachhaltigkeit ergeben sich daraus Vorteile.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird im Zuge des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen jeweils ein Plasma über ein elektrisches Wechselfeld gezündet, dass durch zwei im Prozessreaktor umfasste Elektroden erzeugt wird, wobei eine erste Elektrode von einem ersten Frequenzgenerator mit Hochspannungen einer ersten Frequenz und von einem zweiten Frequenzgenerator mit Hochspannungen einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird; wobei die zweite Elektrode geerdet ist.
Wie bereits im Kontext des erfindungsgemäßen Prozessreaktors erörtert, ermöglicht die Verwendung von zwei unterschiedlichen Frequenzen eine differenzierte Steuerung der Plasmaeigenschaften, wodurch eine präzisere Anpassung an die spezifischen Anforderungen des Ätz- oder Abscheidungsprozesses erreicht wird. Insbesondere wird eine sehr genaue Steuerung der lonenenergie, unabhängig von Plasmadichte und mittlerer Elektronentemperatur, für die kinetische Reaktion ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit derart, dass das Substrat gleichmäßig mit einem Ätzgas über die Gaszuführung benetzt wird, wobei das zu bearbeitende Substrat zentral in dem Leitungsring angeordnet vorliegt; ein Inertgas über die Gaszuführung in die Reaktionskammer eingebracht wird, um überschüssiges Ätzgas zu spülen und die Reaktionskammer zu reinigen; ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld zur Erzeugung eines Plasmas bereitgestellt wird; die Reaktionskammer über eine Pumpe evakuiert wird.
Die gleichmäßige und möglichst uniforme Benetzung des Substrats mit Ätzgas führt zu einer homogenen Ätzrate über die gesamte Substratoberfläche, was die Gleichmäßigkeit und Qualität der bearbeiteten Strukturen verbessert. Das Ätzgas kann sowohl in reiner Form oder als Gasgemisch eingesetzt werden. Das Einbringen eines Inertgases zur Spülung überschüssigen Ätzgases und zur Reinigung der Reaktionskammer minimiert Verunreinigungen und Defekte auf dem Substrat. Durch das Evakuieren der Reaktionskammer mittels einer Pumpe wird ein kontrolliertes Druckumfeld geschaffen und ein niedriger Druck während des gesamten Prozesses gewährleistet. Dies erhöht die Prozessstabilität sowie Reproduzierbarkeit und hält ein stabiles Plasma aufrecht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die plasmaunterstützte Abscheidung von Atomlagen derart, dass das Substrat gleichmäßig mit einem Gasgemisch, das anteilig ein Precurser-Gas umfasst, über die Gaszuführung benetzt wird, wobei das zu bearbeitende Substrat zentral angeordnet in dem Leitungsring angeordnet vorliegt; ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld zur Erzeugung eines Plasmas bereitgestellt wird; ein Reaktionsgas, wie zum Beispiel O2, H2, N2, HCL, CL2, HBr, NF3, SFe, CF4, C4F6, C4F8, CHF3, CH4, in die Reaktionskammer über die Gaszuführung eingebracht wird, ein Inertgas über die Gaszuführung in die Reaktionskammer eingebracht wird, um überschüssiges Precurser-Gas und/oder alle Reaktionsprodukte und unerwünschte Gase zu spülen und die Reaktionskammer zu reinigen; die Reaktionskammer über eine Pumpe evakuiert wird.
Die gleichmäßige Benetzung des Substrats mit einem Gasgemisch, welches ein Precurser-Gas enthält, ermöglicht insbesondere eine homogene Abscheidung von Materialschichten, was zu einer verbesserten Schichtqualität und gleichförmigen Schichtdicken führt. Das Evakuieren der Reaktionskammer über eine Pumpe sowie das Spülen der Reaktionskammer mit einem Inertgas führt zu einem bereits im Zuge des Plasma-Ätzens beschriebenen Effekt. Es versteht sich, dass die Reaktionsgase auch verdünnt als Gasgemisch in die Reaktionskammer eingebracht werden können. Das Precurser-Gas kann demgegenüber auch als reines Gas in die Reaktionskammer eingeleitet werden, um das Substrat zu benetzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen der nachfolgende Verfahrensschritt zwischengeschaltet: ein Inertgas wird durch eine Gaszufuhr eingebracht. Das Zwischenschalten eines Inertgases nach dem Plasma-Ätzen (bzw. nach der Abscheidung) und vor der Abscheidung von Atomlagen (bzw. vor dem Plasma-Ätzen) verhindert unerwünschte chemische Reaktionen und Kontaminationen. Die Einführung eines Inertgases trägt zur Stabilisierung der Reaktionsbedingungen bei, indem es als Puffer zwischen den einzelnen Prozessschritten dient und so die Prozesskontrolle verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgen die einzelnen Verfahrensschritte des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen über eine Steuereinheit automatisiert, wobei die Steuereinheit eine Steuerung auf Algorithmen der künstlichen Intelligenz basiert. Die Implementierung von Algorithmen der künstlichen Intelligenz in der Steuerung ermöglicht eine adaptive Prozessführung, die sich in Echtzeit an veränderliche Betriebsbedingungen anpassen kann, was zu einer erhöhten Effizienz und Präzision des Verfahrens führt. Durch die Nutzung künstlicher Intelligenz kann das Verfahren selbstlernende Mechanismen integrieren, die eine kontinuierliche Optimierung der Prozessparameter ermöglichen, wodurch die Produktqualität verbessert und Ausschussraten reduziert werden können.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei können zudem räumlich relative Begriffe, wie z.B. „unterhalb", „unter", „unterer", „oberhalb", „oberer" und dergleichen, im vorliegenden Text verwendet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, um die Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Die räumlich relativen Begriffe sollen neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung noch weitere Ausrichtungen der Vorrichtung während des Gebrauchs oder Betriebes umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet (90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) sein, und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
Die Erfindung soll nicht alleine auf diese aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Sie dienen lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung soll sich auf alle Gegenstände beziehen, die jetzt und zukünftig der Fachmann als naheliegend zur Realisierung der Erfindung heranziehen würde. Außerdem wird der Inhalt der zitierten Druckschriften zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt als schematische Prinzipskizze einen vertikalen Schnitt durch eine bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prozessreaktors
Fig. 2 zeigt als schematische Prinzipskizze einen horizontalen Schnitt durch eine bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prozessreaktors
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des
Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
In Fig. 1 wird schematisch in einer Prinzipskizze der vertikale Schnitt eines erfindungsgemäßen Prozessreaktor 10 zum Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit eines Substrats 12 und/oder zur plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen auf dem Substrat 12 dargestellt. Der Prozessreaktor 10 enthält in diesem Ausführungsbeispiel ein Schutzgehäuse 14, in welchem eine Reaktionskammer 16 vorgesehen ist. Während das Schutzgehäuse 14 eine nahezu beliebige geometrische Gestalt als Gehäusekörper aufweisen kann, ist die Reaktionskammer 16 rotationssymmetrisches ausgestaltet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Reaktionskammer 16 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Grundsätzlich sind auch andere rotationssymmetrisches Geometrien der Reaktionskammer 16 denkbar, wie beispielsweise eine kegel- oder kugelförmige Reaktionskammer 16. Das Substrat 12 ist auf einem Tisch 18 zentral in einer Reaktionskammer 16 gehalten. Der Tisch 18 wird von sechs rohrförmigen Profilkörpern 20 getragen.
Die rohrförmigen Profilkörper 20 sind im Kern hohl, wodurch in ihnen ein Hohlraum 22 entsteht. Durch den Hohlraum 22 der rohrförmigen Profilkörper 20 sind Versorgungs- und Steuerleitungen 21, sowohl Zuleitungen 24 als auch Ableitungen 26, aus der Reaktionskammer 16 geführt. Die Zuleitungen 24 und Ableitungen 26 sind beispielsweise erforderliche elektrische Leitungen, Flüssigkeits- oder Gasleitungen. Diese Versorgungsleitungen 21 sind durch Durchlässe 27 in dem Tisch 18, geführt. Auf diese Weise können von außerhalb der Reaktionskammer 16 Ressourcen zentral und symmetrisch zu dem Substrat 12 zugeführt werden. Die rohrförmigen Profilkörper 20 sind höhenverstellbar ausgestaltet. Dies wird durch eine teleskopartige Struktur der rohrförmigen Profilköper 20 realisiert, die durch einen Antrieb 28 ihre Länge verändern können.
Das Substrat 12 wird zur Bearbeitung über eine Vakuumschleuse 29 in die Reaktionskammer 16 eingeführt, sowie auf dem Tisch 18 - auch „Chuck" genannt - zentral positioniert und fixiert. Durch die Vakuumsschleuse 29 wird das fertig verarbeitete Substrat 12 auch wieder aus der Reaktionskammer 16 entfernt.
In der Reaktionskammer 16 des Prozessreaktors 10 ist im oberen Bereich 30 eine Gaszuführung 31 vorgesehen. Die Gaszuführung 31 ist als ein Gasinjektor 32 ausgestaltet. Von außerhalb der Reaktionskammer 16 wird durch eine Gasleitung 33 ein Gas oder ein Gasgemisch zu dem Gasinjektor 32 geleitet. Der Gasinjektor 32 besteht aus einem Leitungsring 34, an dem zahlreiche Lavaldüsen 36 angeordnet sind. Der Mittelpunkt des ringförmigen Gasinjektors 32 liegt auf einer zentralen Achse 38 der Reaktionskammer 16. Dabei sind die Lavaldüsen 36 radialsymmetrisch um die zentrale Achse 38 angeordnet. Die Lavaldüsen 36 zeigen in diesem Ausführungsbeispiel zu der zentralen Achse 38 der Reaktionskammer 16. Zur Erzeugung einer gleichmäßigen und symmetrischen Verteilung des Reaktionsgases an den Lavaldüsen 36 ist wenigstens ein Kanal als Bypass 40 zum Leitungsring 34 vorgesehen.
Anschlüsse 42, 44 dienen zum Anschließen der Gasleitung 33, wie z.B. für Helium, und elektrischen Versorgungs- und Steuerungsleitungen 21 an den Prozessreaktor 10. Die zugeführte Gasmenge in den Gasinjektor 32 lässt sich über ein regelbares Steuerventil 45 regeln. Darüber hinaus weist der Prozessreaktor eine erste und eine zweite Elektrode 46, 47 zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes für die Ionisierung von Gas zur Generierung eines Plasmas auf. Die Reaktivität der Reaktionspartner mit dem Substrat 12 wird signifikant erhöht, wenn ein Plasma zum Einsatz kommt. Das Plasma entsteht durch Zünden einer Gasentladung. Als Plasmagas eignet sich für die Reaktionsprozesse besonders Argon. Durch Pulsen der Plasmaleistung wird eine sequentielle Abfolge erreicht.
Die zweite Elektrode 47 ist dabei geerdet. Die erste Elektrode 46 wird demgegenüber, insbesondere über Anschluss 55 sowie über elektrische Zuleitungen 24, mit hochfrequenter Hochspannung beaufschlagt. In diesen Zusammenhang sind ein erster und ein zweiter Frequenzgenerator 64, 66 zur Erzeugung von hochfrequenten Hochspannungen vorgesehen, wobei die erste Elektrode 46 von dem ersten Frequenzgenerator 64 mit Hochspannungen einer ersten Frequenz und von dem zweiten Frequenzgenerator 66 mit Hochspannungen einer zweiten Frequenz beaufschlagt werden kann.
Es ist vorzugweise vorgesehen, dass den an der ersten Elektrode 46 anliegenden Hochspannungen der ersten Frequenz Hochspannungen der zweiten Frequenz zuschaltbar sind, und umgekehrt, so dass an der ersten Elektrode 46 gleichzeitig Hochspannungen der ersten und der zweiten Frequenz anliegen.
Der vorgeschlagene Prozessreaktor 10 zeichnet sich unter anderem auch darin aus, dass die erste Frequenz eine niedrige und die zweite Frequenz eine hohe Frequenz umfasst. Die niedrige Frequenz kann dabei einem Wert aus dem Bereich 400 kHz bis 5 MHz entsprechen. Während die hohe Frequenz einem Wert aus dem Bereich 40MHz bis 150 MHz entsprechen kann.
Der Tisch 18 umfasst die erste Elektrode 46 bzw. kann als eine solche ausgestaltet sein. Der Deckel 68 der Prozessreaktor 10 weist hingegen die zweite Elektrode 47 auf.
Ferner weist der Prozessreaktor 10 eine Steuereinheit 62 auf. Die Steuereinheit 62 kann in einzelne separate prozessorgesteuerte Module eingeteilt werden, die unterschiedliche Aufgaben übernimmt. Die Steuereinheit 62 ist insbesondere dazu eingerichtet, die Gaszuführung 31, die Pumpe 60 sowie die Frequenzgeneratoren 64, 66 derart zu steuern und/oder zu regeln, dass ein Umschalten von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit zu plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, und umgekehrt, ohne eine weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors 10 erfolgen kann.
Ein ringförmiger Staudruckerzeuger 48 ist im unteren Bereich 50, unterhalb des Tischs 18 vorgesehen. Bei dem Staudruckerzeuger 48 handelt es sich um ein Ringsieb 54, womit ein geerdeter Metallring mit zahlreichen engmaschigen Bohrungen 52 verstanden wird, durch die ein Gas evakuiert werden kann. Der Staudruckerzeuger 48 dient als Staudruckerzeuger für das in der Reaktionskammer 16 befindliche Gas und begrenzt gleichzeitig die Ausdehnung des in der Reaktionskammer 16 erzeugten Plasmas. Damit wirkt der Staudruckerzeuger 48 auch als Plasmabegrenzer. Durch den Staudruckerzeuger 48 wird zudem der untere Bereich 50 von dem oberen Bereich 30 strömungstechnisch weitestgehend entkoppelt.
Die Reaktionskammer 16 weist an ihrem Boden 56 eine zentrale Öffnung 58 auf. An dieser zentralen Öffnung 58 ist eine Turbopumpe 60 zentralsymmetrisch angeflanscht. Die Leistung der Turbopumpe 60 wird von einer prozessorgesteuerten Steuereinheit 62 geregelt. Die Turbopumpe 60 dient der Evakuierung der Reaktionskammer 16. Die Turbopumpe 60 sorgt dafür, dass die Reaktionskammer 16 permanent im Niederdruckbereich arbeitet.
Die rotationssymmetrische Reaktionskammer 16 und die entsprechend symmetrischen Anordnungen der Komponenten für die Gaszuführung und die Evakuierung des Gases als Reaktionspartner für das Substrat 12 erlauben eine extrem gleichmäßige Strömungsverteilung im Bereich des zentralsymmetrisch angeordneten Substrats 12. Diese gewünschte gleichmäßige Verteilung liefert im Ergebnis eine ebenso gleichmäßige Reaktion des Gases als Reaktionspartner mit dem Substrat 12.
Fig. 2 zeigt als schematische Prinzipskizze einen horizontalen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Prozessreaktor 10 gemäß der Figur 1. Soweit sich die Bestandteile der beiden Figuren entsprechen, werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Wie in dieser Abbildung von Fig. 2 sehr deutlich wird, sind die Komponenten rotationssymmetrisch um die zentrale Achse 38 angeordnet. Die Reaktionskammer 16 ist in dem Schutzgehäuse 14 vorgesehen.
In der Reaktionskammer 16 ist der Gasinjektor 32 um die Achse 38 zentriert angeordnet. An dem Leitungsring 34 sind die Lavaldüsen 36 vorgesehen. Ein Teil der Lavaldüsen 36 ist einerseits von dem Leitungsring 34 und andererseits von dem Bypass 40 mit Gas beaufschlagt. Der Gasinjektor 32 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der einzelnen Gaszuleitung 33, welche mit dem Gasanschluss 42 verbunden ist, mit einem Gas oder einem Gasgemisch als Reaktionspartner beschickt. Die Gasmenge, die über den Gasanschluss 42 zum Gasinjektor 32 geführt wird, wird über das Steuerungsventil 45 reguliert.
DerTisch 18, auf dem das Substrat 12 fixiert ist, wird von den sechs rohrförmigen Profilkörpern 20 getragen. Sowohl der Tisch 18 bzw. Chuck, als auch das Substrat 12 sind zentral in der Reaktionskammer 16 unterhalb des Gasinjektors 32 positioniert. Die Profilkörper 20 sind ebenfalls radialsymmetrisch um die Achse 38 angeordnet.
Durch die Profilkörper 20 sind die Zuleitungen 24 und gegebenenfalls auch Ableitungen 26 geführt. Bei den Zuleitungen 24 handelt es sich um Gasleitungen, durch welche beispielsweise das Gas Helium transportiert wird oder elektrische Leitungen, über welche die erste Elektrode 46 mit Hochspannung versorgt wird. Diese Leitungen sind bei Bedarf zur Vermeidung von elektrischen Überschlägen durch die Hochspannung ausreichend stark isoliert. Auch nicht dargestellte Heizungselemente werden über solche Zuleitungen 24 mit Spannung versorgt. Bei den Ableitungen 26 kann es sich z.B. um Signalleitungen handeln, über die Signale von nicht dargestellten Sensoren oder Steuerungssignale für diverse Komponenten übermittelt werden.
In dieser horizontalen Schnittdarstellung lässt sich gut die maschenartige Struktur des Staudruckerzeugers 48 erkennen. Der Staudruckerzeuger 48 wird durch das geerdete metallische Ringsieb 54 mit seinen Bohrungen 52 gebildet. Der Staudruckerzeuger 48 verhindert ferner eine unerwünschte Ausdehnung des Plasmas. Durch den Staudruck, den der Staudruckerzeuger 48 für ein zu evakuierendes Gas oder Gasgemisch erzeugt, wird die Uniformität der Strömung im oberen Bereich 30 optimiert. Wie sich die Strömung unterhalb des Staudruckerzeugers 48 verhält, ist für die Reaktion des Substrats 12 mit einem Gas als Reaktionspartner weitestgehend vernachlässigbar.
Die Turbopumpe 60 evakuiert die Reaktionskammer 16. Durch die zentralsymmetrische Anordnung derTurbopumpe 60 an dem Boden 56 der Reaktionskammer 16 wird das Gas bzw. Gasgemisch symmetrisch durch die zentrale Öffnung 58 in die Turbopumpe 60 gesaugt. Dabei sind die radialsymmetrischen Strömungsverläufe des Gases bzw. Gasgemisches alle in etwa gleich, wodurch eine optimierte Uniformität der Strömungsverläufe im Bereich des Substrats 12 im Wesentlichen gewährleistet werden kann. Die symmetrischen Strömungsverläufe werden nur durch die radialsymmetrischen Anordnungen der Komponenten, sowie der rotationssymmetrischen Reaktionskammer 16 und der zentralsymmetrisch befestigten Turbopumpe 60 erreicht.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Strukturen auf einem Substrat 12 in einem Prozessreaktor 10, das die nachfolgenden Schritte umfasst:
Ein Substrat 12 wird in eine Reaktionskammer 16 des Prozessreaktors 10 eingebracht. Das Substrat 12 kann dann entweder einem Plasma-Ätzvorgang mit atomarer Genauigkeit unterzogen werden, oder es kann eine plasmaunterstützte Abscheidung von Atomlagen auf das Substrat 12 erfolgen. Es ist auch möglich, diese beiden Prozesse aufeinanderfolgend durchzuführen, wobei die Reihenfolge der Prozesse variieren kann. Zwischen dem Plasma- Ätzen und der Abscheidung von Atomlagen wird insbesondere Inertgas durch eine Gaszufuhr eingebracht, um die Reaktionskammer 16 zu reinigen.
Der Wechsel zwischen Plasma-Ätzen und plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen erfolgt automatisiert ohne weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors 10.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit. In einem ersten Schritt wird ein Substrat 12 in die Reaktionskammer 16 des Prozessreaktors 10 eingebracht. Im Anschluss wir das Substrat 12 gleichmäßig mit einem Ätzgas über eine Gaszuführung 31 benetzt. Hierbei liegt das zu bearbeitende Substrat 12 zentral in dem Leitungsring 34 vor.
Ein Inertgas wird über die Gaszuführung 31 in die Reaktionskammer 16 eingebracht, insbesondere um überschüssiges Ätzgas auszuspülen und die Reaktionskammer 16 zu reinigen. Das Inertgas wird kontinuierlich in die Reaktionskammer 16 eingebracht. Zudem wird ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld bereitgestellt, um ein Plasma zu erzeugen. Zudem wird die Reaktionskammer 16 mittels einer Pumpe 60 kontinuierlich evakuiert.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen. In einem ersten Schritt wird ein Substrat 12 in die Reaktionskammer 16 des Prozessreaktors 10 eingebracht. Im Anschluss wird das Substrat 12 gleichmäßig mit einem Gasgemisch benetzt, welches anteilig ein Precursor-Gas enthält. Dies geschieht über eine Gaszuführung 31, und das zu bearbeitende Substrat 12 ist dabei zentral in dem Leitungsring 34 positioniert.
Ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld wird bereitgestellt, um ein Plasma zu erzeugen. Ein Reaktionsgas, wie zum Beispiel O2 oder H2, wird in die Reaktionskammer 16 eingeleitet, ebenfalls über die Gaszuführung 31. Ein Inertgas wird kontinuierlich zugeführt, um überschüssiges Precursor-Gas und/oder alle Reaktionsprodukte sowie unerwünschte Gase auszuspülen und die Reaktionskammer 16 zu reinigen. Darüber hinaus wird zusätzlich die Reaktionskammer 16 mittels einer Pumpe 60 kontinuierlich evakuiert.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Einkopplung der hochfrequenten Spannungen. Eine Multifrequenz-Abstimmvorrichtung 70 ist mit einem ersten Frequenzgenerator 64 und einem zweiten Frequenzgenerator 66 verbunden. Der erste Frequenzgenerator 64 ist konfiguriert, um Hochspannungen einer hohen Frequenz, vorzugsweise 60 MHz, zu erzeugen, während der zweite Frequenzgenerator 66 auf eine niedrigere Frequenz, bevorzugt 2 MHz, eingestellt ist. Diese Frequenzgeneratoren dienen dazu, ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld zu erzeugen, das für die Ionisierung von Gas und die Erzeugung von Plasma innerhalb einer Reaktionskammer (nicht dargestellt) benötigt wird.
Über eine Hochfrequenzzuführung 72 ist die Multifrequenz-Abstimmvorrichtung 70 mit der ersten Elektrode 64 verbunden. Diese ist im Tisch 18 umfasst, bzw. der Tisch 18 ist als eine solche ausgestaltet. Die erste Elektrode 64 kann wahlweise mit Hochspannungen der ersten oder der zweiten Frequenz oder einer Kombination aus beiden beaufschlagt werden, um die Eigenschaften des Plasmas präzise zu steuern und eine kontrollierbare lonenenergie zu erreichen.
Bezugszeichenliste
10 Prozessreaktor 55 Anschluss
12 Substrat 56 Boden
14 Schutzgehäuse 58 zentralen Öffnung
16 Reaktionskammer 60 Pumpe /Turbopumpe
18 Tisch 62 Steuereinheit
20 rohrförmigen Profilkörper 64 erster Frequenzgenerator
21 Versorgungs- und Steuerleitungen 66 zweiter Frequenzgenerator
22 Hohlraum 68 Deckel
Multifrequenz-
24 Zuleitungen 70
Abstimmvorrichtung
26 Ableitungen 72 Hochfrequenzzuführung
27 Durchlässe
28 Antrieb
29 Vakuumschleuse
30 oberer Bereich
31 Gaszuführung
32 Gasinjektor
33 Gasleitung
34 Leitungsring
36 Lavaldüsen
38 Zentrale Achse
40 Bypass-Kanal
42 Gasanschluss
44 Anschluss
45 regelbares Steuerventil
46 erste Elektrode
47 zweite Elektrode
48 Staudruckerzeuger
50 unterer Bereich
52 Bohrungen
54 Ringsieb

Claims

Patentansprüche
1. Prozessreaktor (10) für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat (12) mittels Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und/oder plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, umfassend: a) eine Reaktionskammer (16); b) einen Tisch (18) und/oder eine Halterung für das Substrat (12) in der Reaktionskammer (16); c) eine Gaszuführung (31), welche das Substrat (12) gleichmäßig mit Gas in der Reaktionskammer (16) benetzen kann, wobei die Gaszuführung (31) aus einem Gasinjektor (32) besteht, der einen Leitungsring (34) mit Düsen umfasst, in dem das zu bearbeitende Substrat (12) zentral angeordnet werden kann; d) eine Pumpe (60) zum Evakuieren der Reaktionskammer (16); dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessreaktor (10) weiterhin folgende Merkmale umfasst: e) einen ersten und einen zweiten Frequenzgenerator (64, 66) zur Erzeugung von hochfrequenten Hochspannungen; f) eine erste und eine zweite Elektrode (46, 47) zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes für die Ionisierung von Gas zur Generierung eines Plasmas, wobei die erste Elektrode (46) von dem ersten Frequenzgenerator (64) mit Hochspannungen einer ersten Frequenz und von dem zweiten Frequenzgenerator (66) mit Hochspannungen einer zweiten Frequenz beaufschlagt werden kann; wobei die zweite Elektrode (47) geerdet ist, sodass das Plasma gesteuert mit kontrollierbarer lonenenergie erzeugt werden kann.
2. Prozessreaktor (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass den an der ersten Elektrode (46) anliegenden Hochspannungen der ersten Frequenz Hochspannungen der zweiten Frequenz zuschaltbar sind, und umgekehrt, so dass an der ersten Elektrode (46) gleichzeitig Hochspannungen der ersten und der zweiten Frequenz anliegen.
3. Prozessreaktor (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige und die zweite Frequenz eine hohe Frequenz umfasst, wobei die niedrige Frequenz einem Wert entspricht, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 400 kHz bis 5 MHz; vorzugsweise entspricht die niedrige Frequenz einem Wert von 2MHz; wobei die hohe Frequenz einem Wert entspricht, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 40MHz bis 150 MHz; vorzugsweise entspricht die hohe Frequenz einem Wert von 60 MHz.
4. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass derTisch (18) und/oder die Halterung die erste Elektrode (46) umfasst oder als eine solche ausgestaltet ist; und eine Kammerwand und/oder ein Deckel (68) die zweite Elektrode (47) umfasst oder als eine solche ausgestaltet ist.
5. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode (46, 47) in Form von im Wesentlichen parallel zueinander liegenden Platten ausgestaltet sind.
6. Prozessreaktor (10) nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (16) rotationssymmetrisch bzw. zylinderförmig ausgestaltet ist, wobei der Deckel (68) und der Tisch (18) und/oder die Halterung die parallel zueinander liegenden Platten bilden.
7. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (60) zentralsymmetrisch unterhalb des Tischs (18) und/oder der Halterung an der Reaktionskammer (16) angeordnet ist.
8. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessreaktor (10) eine Steuereinheit (62) umfasst, wobei die Steuereinheit (62) dazu eingerichtet ist, die Gaszuführung (31), die Pumpe (60) sowie die Frequenzgeneratoren (64, 66) derart zu steuern und/oder zu regeln, dass ein Umschalten von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit zu plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, und umgekehrt, ohne eine weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors (10) erfolgen kann.
9. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, dass die im Leitungsring (34) umfassten Düsen als Lavaldüsen (36) ausgebildet sind.
10. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, dass
Leitungsring (34) mehrere Gasleitungen umfasst.
11. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) einen Silizium-Wafer, einen Galliumnitrid-Wafer, einen Quarz- Wafer oder einen Galliumarsenid-Wafer umfasst, wobei der Galliumnitrid-Wafer und der Galliumarsenid-Wafer vorzugsweise in Kombination mit Aluminium verwendet wird.
12. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (31) dazu eingerichtet ist Prozessgase, wie zum Beispiel O2, N2, HBr, Cl, H2, CH4, CHF3, C4F8, C4F6, SFe, NF3, in die Reaktionskammer (16) einzuleiten.
13. Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (18) und/oder die Halterung eine konstante erste Temperatur aufweist und eine Kammerwand und/oder ein Deckel (68) eine konstante zweite Temperatur aufweist.
14. Verfahren für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat (12) in einem Prozessreaktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Einbringen eines Substrats (12) in eine Reaktionskammer (16) des
Prozessreaktors (10); und b) Durchführung von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit auf dem Substrat
(12) in der Reaktionskammer (16); oder c) Durchführung von plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen auf dem Substrat (12) in der Reaktionskammer (16); oder d) Aufeinanderfolgende Durchführung von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen auf dem Substrat (12) in der Reaktionskammer (16), wobei die Reihenfolge der aufeinanderfolgend durchgeführten Prozesse variieren kann und der Wechsel von Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit zu plasmaunterstützter Abscheidung von Atomlagen, und umgekehrt, ohne eine weitere manuelle Anpassung des Prozessreaktors (10) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen jeweils wenigstens ein Gas über eine Gaszuführung in die Reaktionskammer eingebracht wird, wobei die Gaszuführung aus einem Gasinjektor besteht, der einen Leitungsring mit Düsen umfasst.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 14 - 15 dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen jeweils ein Plasma über ein elektrisches Wechselfeld gezündet wird, dass durch zwei im Prozessreaktor (10) umfasste Elektroden (46, 47) erzeugt wird, wobei eine erste Elektrode (46) von einem ersten Frequenzgenerator (64) mit Hochspannungen einer ersten Frequenz und von einem zweiten Frequenzgenerator (66) mit Hochspannungen einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird; wobei die zweite Elektrode (47) geerdet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass den an der ersten Elektrode (46) anliegenden Hochspannungen der ersten Frequenz Hochspannungen der zweiten Frequenz zugeschaltet werden, oder den an der ersten Elektrode (46) anliegenden Hochspannungen der zweiten Frequenz Hochspannungen der ersten Frequenz zugeschaltet werden, sodass Hochspannungen der ersten und zweiten Frequenz gleichzeitig an der ersten Elektrode (46) beaufschlagt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 16 - 17 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige und die zweite Frequenz eine hohe Frequenz umfasst, wobei die niedrige Frequenz einem Wert entspricht, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 400 kHz bis 5 MHz; vorzugsweise entspricht die niedrige Frequenz einem Wert von 2MHz; wobei die hohe Frequenz einem Wert entspricht, der ausgesucht ist aus dem Bereich umfassend: 40MHz bis 150 MHz; vorzugsweise entspricht die hohe Frequenz einem Wert von 60 MHz.
19. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die niedrige Frequenz der lonenbeschleunigung und die hohe Frequenz der Plasmadichte und Elektronentemperatur dient.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 14 - 19 dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit derart erfolgt, dass das Substrat (12) gleichmäßig mit einem Ätzgas über die Gaszuführung (31) benetzt wird, wobei das zu bearbeitende Substrat (12) zentral in dem Leitungsring (34) angeordnet vorliegt; ein Inertgas über die Gaszuführung (31) in die Reaktionskammer (16) eingebracht wird, um überschüssiges Ätzgas zu spülen und die Reaktionskammer (16) zu reinigen; ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld zur Erzeugung eines Plasmas bereitgestellt wird; die Reaktionskammer (16) über eine Pumpe (60) evakuiert wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 14 - 19 dadurch gekennzeichnet, dass die plasmaunterstützte Abscheidung von Atomlagen der Art erfolgt, dass das Substrat (12) gleichmäßig mit einem Gasgemisch, das anteilig ein Precurser-Gas umfasst, über die Gaszuführung (31) benetzt wird, wobei das zu bearbeitende Substrat (12) zentral angeordnet in dem Leitungsring (34) angeordnet vorliegt; ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld zur Erzeugung eines Plasmas bereitgestellt wird; ein Reaktionsgas, wie zum Beispiel 02, H2, N2, HCL, CL2 , HBr, NF3, SFe, CF4, C4F6, C4F8, CHF3, CH4, in die Reaktionskammer (16) über die Gaszuführung (31) eingebracht wird, ein Inertgas über die Gaszuführung (31) in die Reaktionskammer (16) eingebracht wird, um überschüssiges Precurser-Gas und/oder alle Reaktionsprodukte und unerwünschte Gase zu spülen und die Reaktionskammer (16) zu reinigen; die Reaktionskammer (16) über eine Pumpe (60) evakuiert wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 21 dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma-Ätzen mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen der nachfolgende Verfahrensschritt zwischengeschaltet ist: ein Inertgas wird durch eine Gaszufuhr eingebracht.
23. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 22 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) einen Silizium-Wafer, einen Galliumnitrid-Wafer, einen Quarz- Wafer oder einen Galliumarsenid-Wafer umfasst, wobei der Galliumnitrid-Wafer und der Galliumarsenid-Wafer vorzugsweise in Kombination mit Aluminium verwendet wird.
24. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (18) und/oder die Halterung auf eine konstante erste Temperatur und eine Kammerwand auf eine konstante zweite Temperatur temperiert wird.
25. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 24 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verfahrensschritte des Plasma-Ätzens mit atomarer Genauigkeit und der plasmaunterstützten Abscheidung von Atomlagen über eine Steuereinheit (629 automatisiert erfolgen.
26. Verfahren nach Anspruch 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung auf Algorithmen der künstlichen Intelligenz basiert.
27. Verwendung des Prozessreaktors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
1 - 13 für die Herstellung von Strukturen auf einem Substrat (12).
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