WO2001088962A1 - Plasmaätzanlage - Google Patents

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plasma generating
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plasma etching
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Franz Laermer
Andrea Schilp
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Robert Bosch GmbH
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    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0402—Apparatus for fluid treatment
    • H10P72/0418—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H10P72/0421—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Definitions

  • the invention relates to a plasma etching system for in particular anisotropic etching of a substrate by the action of a plasma according to the preamble of the main claim.
  • these ions also undesirably heat the wafer to be etched and lead to profile deviations.
  • a suitable device in the plasma etching Afterwards, the density of the ions generated can be reduced to permissibly low values and, above all, homogenized.
  • the proportion of the high-frequency power coupled into the plasma, which was used to generate undesirably high ion density, is lost in the form of heat or radiation.
  • the problem with the known devices for reducing the ion density is, in particular, that an ion density that is increased by one to two orders of magnitude to the desired dimension over the entire surface of the substrate to be etched, for example 150 or 200 mm in diameter, has to be carried out completely homogeneously, without doing so To cause distortions of the plasma potential on the surface of the substrate to be etched. Such distortions of the plasma potential of locally excessive ion densities and / or locally excessive ion energies then lead to the harmful effects explained above.
  • the plasma etching system according to the invention has the advantage over the prior art that in the upper part of the reactor chamber, which serves as a second plasma generating device, in the case of a process according to DE 42 41 045 Cl, a high-density plasma with a high density of etching and passivation four species can be generated, with excessively high ion densities and undesirable plasma potential disturbances and inhomogeneities in the second plasma initially generated being eliminated by recombining these ions at least largely with electrons as they pass through the first gas supply, which in particular serves as a discharge device at the same time, so that the Ion density of the reactive gas fed into the downstream first plasma generating device is practically zero or negligible. At the same time, density inhomogeneities and potential inhomogeneities are also eliminated.
  • the ion density actually required for the actual etching process is then generated in a first plasma generator.
  • tion device in which the substrate to be etched is also generated again in a defined manner.
  • this first plasma generating device is preferably operated with a significantly lower power than the second plasma generating device, so that thanks to this lower power, the ion generation in this first plasma generating device takes place homogeneously and free of disturbances or plasma potential distortions.
  • the plasma etching system according to the invention thus achieves that first the ion density occurring in the second plasma generating device is initially set to zero, and that this is then, using the first plasma generating device and starting from zero, homogeneously and actively again to the desired value for the actual etching process is established.
  • the plasma etching system according to the invention can be implemented without great effort by converting or supplementing existing, in particular inductively coupled, plasma etching systems without incurring high investment costs.
  • both the first plasma generating device and the second plasma generating device are an inductively coupled plasma generating device, each of which is provided with an ICP coil as the plasma source.
  • first plasma generating device and the second plasma generating device are equipped with a gas-permeable, in particular grounded discharge device. device are connected to one another, which on the one hand causes the discharge of ions and / or electrodes originating from the second plasma, and which on the other hand simultaneously serves as the first gas supply to the first plasma generating device.
  • this unloading device respectively
  • Gas supply preferably as an ion filter in the form of a metallic perforated plate, a thinly woven metallic mesh, a metallic or ceramic perforated plate, a gas supply ring which connects the first plasma generating device to the second plasma generating device, or a so-called “showerhead” construction, ie in the form of a “shower head” executed, which is preferably placed at about half the height within the reactor vessel, and thus divides it into two, approximately equally large spaces, which are assigned to the first plasma generating device or the second plasma generating device.
  • the unloading device can also be made of another dielectric material.
  • the unloading device is designed as a metallic network, which the effective gas passage area for a gas from the second plasma generating device into the first plasma generating device to 0.01% to 80% of the passage area present in the reactor chamber without the unloading device reduced between the plasma generating devices.
  • the unloading device or the first gas supply can advantageously also be used to set a higher process pressure in the second plasma generating device upstream of the first plasma generating device than in the subsequent first plasma generating device.
  • This process pressure difference can be easily determined via the effective gas passage area of the discharge device. direction or the first gas supply and thus their flow resistance adjustable. Due to the higher process pressure in the second plasma generating device, more radicals are initially generated from the second reactive gas supplied there than is the case at a lower pressure, since the process pressure parameter causes the equilibrium in the formation of radicals and ions to shift the reactive gas comes in favor of radical formation.
  • This pressure increase further inevitably involves a considerably more inhomogeneous ion distribution in the second plasma generated in the second plasma generating device, but this is not a problem since at least almost all ions are extinguished or recombined anyway by the subsequent discharge device.
  • the downstream first plasma generating device now has a relatively low process pressure, which has the additional advantage that ions with a particularly uniform ion distribution are generated there, and the interaction between the first plasma generated there and the substrate to be etched over the entire surface of the Substrate leads to particularly homogeneous etching results.
  • the lower process pressure in the first plasma generating device there leads to increased ion formation compared to the formation of radicals, but this is likewise not disadvantageous or disruptive, since the desired radicals for the etching process are operated to a much greater extent in the upstream, operated with increased process pressure and increased output second plasma generating device can be generated from the second reactive gas.
  • the discharge device provided between the first plasma generation region and the second plasma generation region initially achieves an at least extensive recombination of ions and electrons by means of a plasma wall interaction when the ionized reactive gas coming from the second plasma generation device, which is penetrated by radicals, passes through.
  • the reactive gas thus discharged is then fed to the first plasma generating device as the first reactive gas, and is ionized again there. It is thus achieved that only radicals are contained in the first reactive gas directly underneath the unloading device and no more ions, so that inhomogeneities in the originally generated ion density distribution are also eliminated there.
  • a defined pressure difference or a pressure difference between the two plasma generating devices can also be set.
  • the discharge device is made of metal, it advantageously also represents a reference earth for the first plasma in the first plasma generating device, so that there is a defined reference potential for the electrical processes taking place there.
  • plasma potential inhomogeneities originating from the originally generated second plasma are extinguished and replaced over the entire area by a defined earth potential.
  • Another advantage of the metallic discharge device is that the high-frequency alternating fields of the second ICP coil in the second plasma generating device can thus be shielded from the first plasma generating device, and thus cannot penetrate into the lower part of the reactor chamber. This ensures that the tendency to form inhomogeneities and plasma interference effects on the second IPC coil due to the high powers there cannot reach into the lower part of the reactor chamber, that is to say the first plasma generation area, which is therefore as free as possible Interference is operated.
  • the first IPC coil in the first plasma generation area therefore only has the task of rebuilding the concentration of ions actually required for the anisotropic etching process carried out in this lower part of the reactor chamber, for which low power is sufficient, in particular under a process pressure favorable for ion generation ,
  • the plasma etching system according to the invention to generate reactive gas species in the form of radicals in the second plasma generating device with high high-frequency powers of typically 3 kW to 6 kW and a process pressure that is significantly higher than that of the downstream first plasma generating device, which then produces the radical Plasma generation area are supplied, where a first plasma is maintained with the aid of a first IPC coil, which essentially only serves to ensure an ion density required, for example, for the etching process according to the type of DE 42 41 045 Cl, for which purpose powers of 400 W to 1000 W completely sufficient.
  • the pressure difference between the two Plasma generating devices is between 10 ⁇ bar and 250 ⁇ bar, in particular
  • Two embodiments are advantageously available for coupling high-frequency power into the first ICP coil or into the second ICP coil.
  • each of these two ICP coils has a separate high-frequency component with its own high-frequency generator and an associated matching network for impedance matching of the respective plasma generating device to the impedance of the relevant plasma.
  • a high-frequency generator with a large power range of, for example, 6 kW is particularly suitable for the second plasma, while a smaller high-frequency generator with a power range of, for example, 1000 W is sufficient for the first plasma.
  • these two high-frequency generators are then preferably operated phase-synchronized at a common frequency, for example 13.56 MHz, or alternatively two separate high-frequency generators with two different frequencies of, for example, 13.56 MHz are used for the second ICP coil and 12.56 MHz, 2 MHz or 380 kHz are used for the first ICP coil.
  • a further alternative, particularly advantageous embodiment of the invention provides that the first plasma generator generating device and to operate the second plasma generating device with a common high-frequency component with a common high-frequency generator and a common matching network.
  • the first ICP coil acts in the electrical sense as a shunt on the second ICP coil, that is to say it carries a more or less large part of the total coil current.
  • the proportion of the coil current flowing through the first ICP coil and thus the division of the coil currents and the associated ones to determine high-frequency powers coupled into the first or second plasma.
  • the first plasma generation device in this connection of the ICP coils essentially only has the task of effecting a controlled ionization of the reactive gas from the second plasma generation device consisting of neutral radicals and still unused process gases or reactive gases, for which purpose only a small part of the total High frequency power supplied to the second ICP coil is sufficient. Since the second ICP coil is now also operated symmetrically due to the coil supply known from DE 199 00 179 Cl, which is modified in the manner explained, the ionization of the reactive gas in the first plasma generating device then also takes place particularly homogeneously and free of disturbances, i.e. especially free of capacitive coupling of displacement currents.
  • a so-called aperture can also be provided in the first plasma generating device, as is known, for example, from DE 197 34 278 AI. Furthermore, it can also be advantageous for certain applications if the plasma generation in the first plasma generation device and / or in the second plasma generation device is additionally supported with the aid of a magnetic field.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a plasma etching system according to the invention in section.
  • FIG. 2 shows a common matching network for feeding the two ICP coils 14, 15 in the plasma etching system according to FIG. 1.
  • the invention is initially based on a plasma etching system which is known in principle from DE 199 00 197 Cl and which is modified as explained below.
  • This modified plasma etching system then continues to operate an anisotropic plasma etching process for silicon, as is described in detail in DE 42 41 045 Cl.
  • the plasma etching system 5 has a reactor chamber 13, which is divided into two regions of approximately the same size by means of a discharge device 19, which are a first plasma generating device 21 in the lower part of the reactor chamber 13 and a second plasma generating device 20 in the upper part are assigned to the reactor chamber 13.
  • the reactor chamber 13 also has a second gas feed 16 to a second plasma generation area 17 and a first gas feed 19 to a first plasma generation area 18.
  • the first gas supply 19 is designed in the form of a metallic network that extends the gas passage area between the first plasma generating device 21 and the second plasma generating device 20 to approximately 0.01% to 80% of the cross-sectional area of the reactor chamber 13 at this point reduced.
  • the first gas supply 19 also serves simultaneously as a discharge device 19 ⁇ and as a flow resistance for setting a pressure difference ⁇ p between the first and the second plasma generating device 20, 21.
  • This pressure difference in the example explained is 10 to 100 ⁇ bar, in particular 50 ⁇ bar.
  • the first plasma generating device 21 and the second plasma generating device 20 each have an assigned first ICP coil 14 and an assigned second ICP coil 15.
  • the two plasma generating devices 20, 21 are inductively coupled plasma generating devices, in which a high-frequency alternating electromagnetic field is generated with the aid of the two ICP coils 14, 15, which is generated in the first plasma generating area 18 and in the second plasma generating area 17, respectively Action on reactive particles from a supplied reactive gas ignites or operates a plasma.
  • FIG. 1 also shows that a substrate electrode 10 with a substrate 11 to be etched, for example a silicon wafer, is arranged inside the first plasma generating device 21.
  • the substrate electrode 10 is also connected via a feed line 12 to a radio frequency generator (not shown) which is known per se and with which a substrate electrode voltage can be coupled into the substrate electrode 10. This ensures that ions present or generated in the first plasma generation region 18 are accelerated in the direction of the substrate 11.
  • the anisotropic etching process for silicon is now carried out by alternately carrying out etching steps and passivation steps, wherein during the etching steps from a fluorine-providing gas, for example sulfur hexafluoride, fluorine radicals, and during the passivation steps from one Teflon-like films forming gas, for example CF 8 , polymerizable radicals, for example (CF 2 ) n r are formed. Furthermore, this process is usually operated with an oxygen addition of 10% to 20% of the flow of sulfur hexafluoride in the etching steps in order to suppress harmful sulfur deposits in the exhaust gas area of the plasma etching system 5.
  • a fluorine-providing gas for example sulfur hexafluoride
  • fluorine radicals for example sulfur hexafluoride
  • one Teflon-like films forming gas for example CF 8
  • polymerizable radicals for example (CF 2 ) n r are formed.
  • this process is usually operated
  • the second ICP coil or the second ICP coil 15 is used as far as possible high plasma power of 3 kW to 7 kW under increased process pressure of 30 ⁇ bar to 250 ⁇ bar, preferably 40 ⁇ bar to 100 ⁇ bar, coupled into the plasma generated there.
  • the first ICP coil 14 or the first plasma generating device 21 is then operated with a significantly lower coupled high-frequency power of, for example, 400 W to 1000 W and a process pressure which is lower by ⁇ p than the second ICP coil 15.
  • both the first ICP coil 14 and the second ICP coil 15 have corresponding connecting lines are connected to a common high-frequency component, not shown, with a common high-frequency generator and a common matching network 25. This is explained in more detail with the aid of FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a common matching network 25, the first ICP coil 14 and the second ICP coil 15 according to FIG. 1 additionally being shown in a top view.
  • the reactor chamber 13 according to FIG. 1 is cylindrical, the first ICP coil 14 and the second ICP coil 15 surrounding this reactor chamber 13 in regions.
  • the common matching network 25 initially has a first feed point 33, at which a high-frequency power of 3 kW to 7 kW with a frequency of 13 is obtained in a manner known per se via an asymmetrical coaxial line with an impedance of 50 ⁇ from the common high-frequency generator (not shown) , 56 MHz can be coupled into the common matching network 25. It is further provided that this first feed point 33 is connected to a second feed point 34 via a delay line 35. The delay line 35 ensures, in a manner known from DE 199 00 179 Cl, a phase shift of ⁇ / 2 of the high-frequency power coupled in at the first feed point 33 with respect to the second feed point 34.
  • a high-frequency alternating voltage of the same frequency and in terms of magnitude at least almost the same amplitude is thus present at the two feed points 33, 34, which are phase-shifted from one another by 180 °.
  • the impedance between the feed points 33, 34 is 200 ⁇ .
  • the common matching network 25 has a total of 4 capacitors Ci, C 2 , C 3 and C 4 with which an adaptation of the impedance of 200 ⁇ between the feed points 33, 34 to the impedance of the plasma in the first plasma generation area 18 or in the second plasma generation area 17 can be ensured. Because of the high radio frequency power coupled into the second plasma generation area 17, this impedance matching is particularly important for the second plasma generation area 17.
  • the coupled high-frequency power is then coupled into the second ICP coil 15 at a first coil end 36 and a second coil end 37, which is preferably provided with a center tap 32 and grounded above it.
  • the second ICP coil 15 has a first tap 30 and a second tap 31, which are arranged symmetrically with respect to the center tap 32. Via this first tap 30 or the second tap 31, the second ICP coil 15 is connected to the first ICP coil 14, which is thus connected in parallel to the part of the second ICP coil 15 located between the two taps 30, 31 is.
  • the first ICP coil 14 is shunted to a part of the second ICP coil 15, a symmetrical and balanced supply for both coils 14, 15 being guaranteed at the same time, which is also easy to regulate ,

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Abstract

Es wird eine Plasmaätzanlage (5) zum insbesonderen anisotropen Ätzen eines Substrates (11) durch Einwirken eines Plasmas vorgeschlagen. Die Plasmaätzanlage (5) weist dazu eine insbesondere induktiv gekoppelte erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) mit einem ersten Mittel (14) zum Generieren eines ersten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einem ersten Plasmaerzeugungsbereich (18) zur Erzeugung eines ersten Plasmas und einer ersten Gaszuführung (19) sowie eine der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung vorgeschaltete, insbesondere induktiv gekoppelte zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) mit einem zweiten Mittel (15) zum Generieren eines zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einem zweiten Plasmaerzeugungsbereich (17) zum Erzeugen eines zweiten Plasmas und einer zweiten Gaszuführung (16) auf. Das zu ätzende Substrat (11) ist dabei in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) angeordnet. Weiter ist vorgesehen, dass das zweite Plasma der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) über die erste Gaszuführung (19) zumindest teilweise als erstes Reaktivgas zuführbar ist.

Description

Plasmaätzanlage
Die Erfindung betrifft eine Plasmaätzanlage zum insbesondere anisotropen Ätzen eines Substrates durch Einwirken eines Plasmas nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Stand der Technik
Aus DE 42 41 045 Cl ist ein Siliziumhochratenätzprozess bekannt, bei dem Silizium mittels induktiver Plasmaanregung geätzt wird. Dabei ist es zum Erreichen möglichst hoher Ätzraten erforderlich, in dem erzeugten Plasma eine möglichst hohe Fluorradikalenkonzentration bereitzustellen. Dies geschieht üblicherweise durch Einstrahlung entsprechend hoher Hochfrequenzleistungen in die induktive Plasmaquelle mit ty- pischen Leistungswerten von 3 bis 6 kW unter gleichzeitig erhöhtem Prozessdruck von 30 bis 100 μbar beziehungsweise, wenn die erforderliche üniformität des erzeugten Plasmas dies zulässt, bis zu 250 μbar. Bei derartigen Prozessen treten jedoch neben einer gewünschten Steigerung der Fluorradi- kalendichte auch unerwünscht große Dichten an Ionen auf, die den eigentlichen Ätzprozess stören, und die für eine ausreichend hohe Maskenselektivität schädlich sind. Gleichzeitig heizen diese Ionen den zu ätzenden Wafer auch unerwünscht auf und führen zu Profilabweichungen. Im Allgemeinen muss daher durch eine geeignete Vorrichtung in der Plasmaätzanla- ge nachträglich wieder dafür gesorgt werden, dass die Dichte der erzeugten Ionen auf zulässig niedrige Werte reduziert und vor allem homogenisiert wird. Dazu ist bereits vorgeschlagen worden, eine Rekombination von Ionen und Elektronen mittels sogenannter Diffusionsstrecken oder an Aperturkonstruktionen, beispielsweise nach Art der DE 197 34 278 AI, zu ermöglichen. Dabei geht der Anteil der in das Plasma eingekoppelten Hochfrequenzleistung, der zur Erzeugung unerwünscht hoher Ionendichte verwendet wurde, in Form von Wärme oder Strahlung verloren.
Obwohl die bekannten Vorrichtungen zur Reduzierung der Ionendichte vielfach sehr erfolgreich sind, treten in der Praxis, insbesondere im Randbereich des zu ätzenden Substrates, immer noch Profilabweichungen, Profilasymmetrien, Ätzratenüberhöhungen oder regelmäßige oder unregelmäßige Profilhin- terschneidungen auf, die auch unter dem Begriff „Beaking"- Effekt bekannt sind, und die für viele Applikationen nicht tolerierbar sind.
Problematisch bei den bekannten Vorrichtungen zur Reduzierung der Ionendichte ist insbesondere, dass eine um ein bis zwei Größenordnungen überhöhte Ionendichte auf das gewünschte Maß über der gesamten Oberfläche des zu ätzenden Substra- tes von beispielsweise 150 oder 200 mm Durchmesser völlig homogen vorgenommen werden muss, ohne dabei Verzerrungen des Plasmapotentials an der Oberfläche des zu ätzenden Substrates zu bewirken. Durch derartige Verzerrungen des Plasmapotentials lokal überhöhte Ionendichten und/oder lokal über- höhte Ionenenergien führen dort dann zu den vorstehend erläuterten schädlichen Effekten.
In dem Patent DE 199 00 179 Cl wurde weiter bereits eine Plasmaätzanlage zum Hochratenätzen von Silizium mittels in- duktiver Plasmaanregung vorgeschlagen, bei der die Pias- maquelle mit einer balancierten Speisung der induktiven Erregerspule versehen ist. Eine derartige Plasmaätzanlage mit einem symmetrisch aufgebauten Anpassnetzwerk zur Anpassung der Impedanz der eingekoppelten Hochfrequenzleistung an die Impedanz des erzeugten Plasmas und die gleichzeitig balancierte Speisung der induktiven Erregerspule führt zu einer minimalen Einkopplung unerwünschter Verschiebeströme in das erzeugte Plasma und damit zu minimalen Verzerrungen des Plasmas. Eine derartige symmetrische Spulenspeisung ist vor allem bei hohen Leistungswerten von mehr als 3 kW vorteilhaft.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass im oberen Teil der Reaktorkammer, die als zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung dient, im Falle eines Prozesses nach Art der DE 42 41 045 Cl ein hochdichtes Plasma mit einer hohen Dichte von Ätz- und Passi- vierspezies generiert werden kann, wobei übermäßig hohe Ionendichten und unerwünschte Plasmapotentialstörungen und Inhomogenitäten in dem zunächst erzeugten zweiten Plasma dadurch beseitigt werden, dass diese Ionen beim Durchtritt durch die erste GasZuführung, die insbesondere gleichzeitig als Entladevorrichtung dient, zumindest weitgehend mit Elektronen rekombinieren, so dass die Ionendichte des zugeführten Reaktivgases in die nachgeschaltete erste Plasmaerzeugungsvorrichtung praktisch null bzw. vernachlässsigbar ist. Gleichzeitig werden somit auch Dichteinhomogenitäten und Po- tentialinhomogenitäten ausgelöscht.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der erfindungsgemäßen Plasmaätzanlage die für den eigentlichen Ätzprozess tatsächlich benötigte Ionendichte dann in einer ersten Plasmaerzeu- gungsvorrichtung, in der sich auch das zu ätzende Substrat befindet, wieder definiert neu generiert wird.
Diese erste Plasmaerzeugungsvorrichtung wird dazu bevorzugt mit einer deutlich kleineren Leistung betrieben als die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung, so dass dank dieser niedrigeren Leistung die Ionengeneration in dieser ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung homogen und frei von Störungen oder Plasmapotentialverwerfungen erfolgt. Insgesamt wird so- mit durch die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage erreicht, dass zunächst die in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung auftretende Ionendichte zunächst auf null gesetzt wird, und dass diese dann, mittels der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung und ausgehend von null, homogen und aktiv wieder auf den gewünschten Wert für den eigentlichen Ätzprozess aufgebaut wird.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Plasmaätzanlage ohne großen Aufwand durch Umbau bzw. Ξrgän- zung vorhandener, insbesondere induktiv gekoppelter Plasmaätzanlagen realisierbar ist, ohne dass hohe Investitionskosten anfallen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So ist besonders vorteilhaft, wenn sowohl die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung als auch die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung eine induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvor- richtung ist, die jeweils mit einer ICP-Spule als Plasmaquelle versehen sind.
Weiter ist vorteilhaft, wenn die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung und die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung über ei- ne gasdurchlässige, insbesondere geerdete Entladungsvorrich- tung miteinander verbunden sind, die einerseits die Entladung von aus dem zweiten Plasma stammenden Ionen und/oder Elektroden bewirkt, und die andererseits gleichzeitig als erste Gaszufuhr zu der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung dient. Dazu ist diese Entladevorrichtung beziehungsweise
Gaszufuhr bevorzugt als Ionenfilter in Form einer metallischen Lochplatte, eines dünngewebten metallischen Netzes, einer metallischen oder keramischen Lochplatte, eines Gaszuführungsringes, der die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung mit der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung verbindet, oder einer sogenannten „Showerhead"-Konstruktion, d.h. in Form eines „Duschkopfes" ausgeführt, die innerhalb des Reaktorkessels bevorzugt auf etwa halber Höhe platziert ist, und diesen somit in zwei, etwa gleich große Räume teilt, die der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung beziehungsweise der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung zugeordnet sind. Im Übrigen kann die Entladevorrichtung neben einem Metall oder einer Keramik auch aus einem anderen dielektrischen Material ausgeführt sein.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Entladevorrichtung als metallisches Netz ausgeführt ist, das die wirksame Gasdurchtrittsfläche für ein Gas aus der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung in die erste Plasmaerzeu- gungsvorrichtung auf 0,01% bis 80% der ohne die Entladungsvorrichtung in der Reaktorkammer vorliegenden Durchtrittsfläche zwischen den Plasmaerzeugungsvorrichtungen reduziert.
Weiter kann die Entladevorrichtung bzw. die erste Gaszufüh- rung vorteilhaft auch dazu genutzt werden, in der zweiten, der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung vorgeschalteten Plasmaerzeugungsvorrichtung einen höheren Prozessdruck einzustellen als in der nachfolgenden ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung. Diese Prozessdruckdifferenz ist dabei in einfacher Weise über die wirksame Gasdurchtrittsfläche der Entladevor- richtung bzw. der ersten GasZuführung und damit deren Strömungswiderstand einstellbar. Durch den höheren Prozessdruck in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung werden dort zunächst mehr Radikale aus dem dort zugeführten zweiten Reaktivgas erzeugt, als dies bei einem niedrigeren Druck der Fall ist, da es über den Parameter Prozessdruck zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes in der Bildung von Radikalen und Ionen aus dem Reaktivgas zu Gunsten der Radikalenbildung kommt.
Mit dieser Druckerhöhung ist weiter in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung zwar unvermeidlich eine erheblich inhomogenere Ionenverteilung in dem erzeugten zweiten Plasma verbunden, dies ist jedoch nicht störend, da durch die nach- folgende Entladevorrichtung ohnehin zumindest nahezu alle Ionen ausgelöscht bzw. rekombiniert werden. Gleichzeitig herrscht nun in der nachgeschalteten ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung ein relativ niedriger Prozessdruck, was den zusätzlichen Vorteil hat, dass dort Ionen mit besonders uni- former Ionenverteilung generiert werden, und die Wechselwirkung zwischen dem dort erzeugten ersten Plasma und dem zu ätzenden Substrat über der gesamten Oberfläche des Substrates zu besonders homogenen Ätzergebnissen führt.
Weiter führt der niedrigere Prozessdruck in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung dort zwar zu einer gegenüber der Radikalenbildung verstärkten lonenbildung, dies ist jedoch ebenfalls nicht nachteilig oder störend, da die gewünschten Radikale für den Atzprozess in wesentlich größerem Ausmaß in der vorgeschalteten, mit erhöhtem Prozessdruck und erhöhter Leistung betriebenen zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung aus dem zweiten Reaktivgas generiert werden.
Insgesamt kann daher durch die mittels der Entladevorrich- tung bzw. der ersten Gaszuführung definiert einstellbare Prozessdruckdifferenz in jeder der beiden Plasmaerzeugungsvorrichtungen die Plasmaerzeugung jeweils unter optimalen Druckbedingungen hinsichtlich Ionen- und Radikalenbildung erfolgen. Zudem bleibt durch die Druckerniedrigung von der zweiten zu der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung die Mas- senstromdichte (p v) für die erzeugten Radikale, d.h. die für die erreichten Ätzraten maßgebliche Prozessgröße, unverändert .
Zusammenfassend wird durch die vorgesehene Entladevorrichtung zwischen dem ersten Plasmaerzeugungsbereich und dem zweiten Plasmaerzeugungsbereich zunächst eine zumindest weitgehende Rekombination von Ionen und Elektronen durch eine Plasmawandwechselwirkung beim Durchtritt des ionisierten und mit Radikalen durchsetzten, aus der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung kommenden Reaktivgases bewerkstelligt. Das derart entladene Reaktivgas wird dann der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung als erstes Reaktivgas zugeführt, und dort erneut ionisiert. Somit wird erreicht, dass unmittelbar unter der Entladevorrichtung nur noch Radikale in dem ersten Reaktivgas enthalten sind und keine Ionen mehr, so dass auch Inhomogenitäten der ursprünglich erzeugten lonendichtever- teilung dort aufgehoben sind. Daneben ist damit aber auch eine definierte Druckdifferenz bzw. ein Druckgefälle zwi- sehen den beiden Plasmaerzeugungsvorrichtungen einstellbar.
Weiter stellt die Entladevorrichtung, sofern sie aus Metall hergestellt ist, vorteilhaft auch eine Referenzerde für das erste Plasma in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung dar, so dass damit ein definiertes Referenzpotential für die dort ablaufenden elektrischen Prozesse gegeben ist. Zudem sind in diesem Fall am Ort der Entladevorrichtung auch aus dem ursprünglich erzeugten zweiten Plasma herrührende Plasmapotentialinhomogenitäten ausgelöscht und ganzflächig durch ein definiertes Erdpotential ersetzt. Ein weiterer Vorteil der metallischen Entladevorrichtung ist, dass damit die hochfrequenten Wechselfelder der zweiten ICP-Spule in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung von der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung abgeschirmt werden können, und diese somit nicht in den unteren Teil der Reaktorkammer vordringen. Damit ist sichergestellt, dass die an der zweiten IPC-Spule aufgrund der dort anliegenden hohen Leistungen bestehende Tendenz zur Ausbildung von Inhomogenitä- ten und Plasmastöreffekten nicht in den unteren Teil der Reaktorkammer, das heißt den ersten Plasmaerzeugungsbereich, durchgreifen kann, der somit möglichst frei von Störungen betrieben wird.
Die erste IPC-Spule in dem ersten Plasmaerzeugungsbereich hat somit insgesamt nur noch die Aufgabe, in diesem unteren Teil der Reaktorkammer die für den durchgeführten anisotropen Atzprozess tatsächlich erforderliche Konzentration von Ionen wieder aufzubauen, wofür insbesondere unter einem für die Ionenerzeugung günstigen Prozessdruck eine geringe Leistung ausreicht. Auf diese Weise wird es mit der erfindungsgemäßen Plasmaätzanlage nunmehr sehr vorteilhaft möglich, in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung mit hohen Hochfrequenzleistungen von typischerweise 3 kW bis 6 kW und einem gegenüber der nachgeschalteten ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung signifikant erhöhten Prozessdruck Reaktivgasspezies in Form von Radikalen zu erzeugen, die dann dem ersten Plasmaerzeugungsbereich zugeführt werden, wo mit Hilfe einer ersten IPC-Spule ein erstes Plasma unterhalten wird, das im Wesentlichen nur noch dazu dient, eine beispielsweise für den Atzprozess nach Art der DE 42 41 045 Cl benötigte Ionendichte sicherzustellen, wozu Leistungen von 400 W bis 1000 W völlig ausreichen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Plasmaerzeugungsvorrichtungen zwischen 10 μbar und 250 μbar, insbesondere 30 μbar bis 70 μbar, liegt.
Im Übrigen sei erwähnt, dass es zur Vermeidung von Ablage- rungen auf der ersten Gaszuführung beziehungsweise Entladevorrichtung vorteilhaft ist, wenn diese beheizbar ist.
Zur Einkoppelung von Hochfrequenzleistung in die erste ICP- Spule beziehungsweise in die zweite ICP-Spule stehen vor- teilhaft zwei Ausführungsformen zur Wahl.
Einerseits kann vorgesehen sein, dass jede dieser beiden ICP-Spulen ein separates Hochfrequenzbauteil mit einem eigenen Hochfrequenzgenerator und einem zugehörigen Anpassnetz- werk zur Impedanzanpassung der jeweiligen Plasmaerzeugungsvorrichtung an die Impedanz des betreffenden Plasmas aufweist. In diesem Fall eignet sich für das zweite Plasma vor allem ein Hochfrequenzgenerator mit einem großen Leistungsbereich von beispielsweise 6 kW, während für das erste Plas- ma ein kleinerer Hochfrequenzgenerator mit einem Leistungsbereich von beispielsweise 1000 W ausreichend ist. Um Inten- sitätsschwebungen in den erzeugten Plasmen zu vermeiden, werden diese beiden Hochfrequenzgeneratoren dann weiter bevorzugt phasensynchronisiert bei einer gemeinsamen Frequenz, beispielsweise 13,56 MHz, betrieben, oder es werden alternativ zwei separate Hochfrequenzgeneratoren mit zwei unterschiedlichen Frequenzen von beispielsweise 13,56 MHz für die zweite ICP-Spule und 12,56 MHz, 2 MHz oder 380 kHz für die erste ICP-Spule eingesetzt.
Da der Betrieb zweier separater Hochfrequenzgeneratoren mit zwei zugeordneten Anpassnetzwerken an ein und derselben Plasmaätzanlage einen nicht unerheblichen Kostenfaktor darstellt, sieht eine weitere alternative, besonders vorteil- hafte Ausgestaltung der Erfindung vor, die erste Plasmaer- zeugungsvorrichtung und die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung mit einem gemeinsamen Hochfrequenzbauteil mit einem gemeinsamen Hochfrequenzgenerator und einem gemeinsamen Anpassnetzwerk zu betreiben. Dabei nutzt man vorteilhaft die bereits aus DE 199 00 179 Cl bekannte Speisung einer ICP- Spule in einer Plasmaätzanlage mit Hilfe eines symmetrisch aufgebauten Anpassnetzwerkes und einer symmetrisch aufgebauten Spulenspeisung aus, die jedoch aufgrund der nunmehr vorhandenen zwei ICP-Spulen dahingehend modifiziert werden muss, dass an zwei symmetrisch zu einem Mittelabgriff der zweiten ICP-Spule angeordneten Abgriffen die erste ICP-Spule mit einem Teil der zweiten ICP-Spule parallel geschaltet wird.
Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die erste ICP-Spule im elektrischen Sinne als Shunt an der zweiten ICP-Spule wirkt, das heißt, sie trägt einen mehr oder weniger großen Anteil des gesamten Spulenstromes. Insbesondere ist es nunmehr durch definierte Wahl oder Verschiebung der Lage der beiden symmetrischen Abgriffe an der zweiten ICP- Spule in einfacher Weise möglich, den Anteil des Spulenstromes, der durch die erste ICP-Spule fließt, und damit die Aufteilung der Spulenströme und der damit einhergehenden, in das erste beziehungsweise zweite Plasma eingekoppelten Hoch- frequenzleistungen, zu bestimmen.
Insgesamt wird, ausgehend von einer Plasmaätzanlage gemäß DE 199 00 179 Cl, diese derart modifiziert, dass nunmehr zwei ICP-Spulen vorgesehen sind, von denen eine einem Teil der anderen parallel geschaltet ist, so dass die Anordnung der beiden Spulen als Serien-Parallel-Schaltung von Induktivitäten aufzufassen ist, die wiederum eine Gesamtinduktivität L bilden. Diese Verschaltung der ICP-Spulen ermöglicht dann weiter vorteilhaft auch eine Impedanzanpassung durch ein einziges Anpassnetzwerk, wobei die hohe einkoppelte Hochfre- quenzleistung in die zweite ICP-Spule an das hochdichte zweite Plasma im oberen Teil der Reaktorkammer angepasst wird, und die untere, mit nur geringer Hochfrequenzleistung betriebene erste ICP-Spule lediglich mitläuft. Insbesondere ist diese erste ICP-Spule dabei dann ebenfalls hinsichtlich ihrer Impedanz gut an das Plasma angepasst, da sie als Teil einer LC-Gesamtanordnung insgesamt resonant abgestimmt ist.
Zusammenfassend hat die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung auch in dieser Verschaltung der ICP-Spulen im Wesentlichen nur noch die Aufgabe, eine kontrollierte Ionisation des Reaktivgases aus der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung bestehend aus neutralen Radikalen und noch unverbrauchten Prozessgasen beziehungsweise Reaktivgasen zu bewirken, wozu ein nur geringer Teil der insgesamt der zweiten ICP-Spule zugeführten Hochfrequenzleistung ausreichend ist. Da aufgrund der in der erläuterten Weise modifizierten, aus DE 199 00 179 Cl bekannten Spulenspeisung nunmehr auch die zweite ICP- Spule symmetrisch betrieben wird, erfolgt weiter dann auch die Ionisation des Reaktivgases in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung besonders homogen und frei von Störungen, d.h. insbesondere frei von einer kapazitiven Einkopplung von Verschiebeströmen .
Im Übrigen sei noch betont, dass zur weiteren Homogenisierung der Plasmaintensität und zur weiteren Verringerung von Profilabweichungen beziehungsweise Ätzratenüberhöhungen in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung zusätzlich eine sogenannte Apertur vorgesehen sein kann, wie sie beispielsweise aus DE 197 34 278 AI bekannt ist. Darüber hinaus kann es für gewisse Anwendungen auch vorteilhaft sein, wenn die Plasmaerzeugung in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung und/oder in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung zusätzlich mit Hilfe eines Magnetfeldes unterstützt wird. Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Plasmaätzanlage im Schnitt. Die Figur 2 zeigt ein gemeinsames Anpassnetzwerk zur Speisung der beiden ICP-Spulen 14, 15 in der Plasmaätzanlage gemäß Figur 1.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung geht zunächst aus von einer Plasmaätzanlage, die prinzipiell aus DE 199 00 197 Cl bekannt ist, und die wie nachstehend erläutert modifiziert wird.
Mit dieser modifizierten Plasmaätzanlage wird dann weiter ein anisotroper Plasmaätzprozess für Silizium betrieben, wie er in DE 42 41 045 Cl ausführlich beschrieben ist.
Im einzelnen weist die Plasmaätzanlage 5 gemäß Figur 1 eine Reaktorkammer 13 auf, die mittels einer Entladevorrichtung 19 in etwa gleich große zwei Bereiche unterteilt ist, die einer ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 21 im unteren Teil der Reaktorkammer 13 und einer zweiten Plas aerzeugungsvor- richtung 20 im oberen Teil der Reaktorkammer 13 zugeordnet sind. Die Reaktorkammer 13 weist weiter eine zweite Gaszuführung 16 zu einem zweiten Plasmaerzeugungsbereich 17 und eine erste Gaszuführung 19 zu einem ersten Plasmaerzeugungsbereich 18 auf.
Die erste Gaszuführung 19 ist dabei in Form eines metallischen Netzes ausgebildet, das die Gasdurchtrittsfläche zwischen der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 21 und der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung 20 auf ca. 0,01% bis 80% der Querschnittsfläche der Reaktorkammer 13 an dieser Stelle reduziert. Insbesondere dient die erste Gaszuführung 19 gleichzeitig auch als Entladevorrichtung 19 Λ und als Strömungswiderstand zur Einstellung einer Druckdifferenz Δp zwischen der ersten und der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung 20, 21. Diese Druckdifferenz beträgt im erläuterten Beispiel 10 bis 100 μbar, insbesondere 50 μbar.
Weiter ist gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 21 und die zweite Plasmaerzeugungsvor- richtung 20 jeweils eine zugeordnete erste ICP-Spule 14 beziehungsweise eine zugeordnete zweite ICP-Spule 15 aufweisen. Insofern handelt es sich im Falle beider Plasmaerzeugungsvorrichtungen 20, 21 um induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtungen, bei denen mit Hilfe der beiden ICP- Spulen 14, 15 jeweils ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld generiert wird, das in dem ersten Plasmaerzeugungsbereich 18 beziehungsweise in dem zweiten Plasmaerzeugungsbereich 17 jeweils durch Einwirken auf reaktive Teilchen aus einem zugeführten Reaktivgas ein Plasma zündet be- ziehungsweise betreibt.
Darüber hinaus zeigt Figur 1, dass innerhalb der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 21 eine Substratelektrode 10 mit einem darauf angeordneten zu ätzenden Substrat 11, bei- spielsweise einem Siliziumwafer, angeordnet ist. Die Substratelektrode 10 steht darüber hinaus über eine Zuleitung 12 mit einem nicht dargestellten, an sich bekannten Hochfrequenzgenerator in Verbindung, mit dem eine Substratelektrodenspannung in die Substratelektrode 10 einkoppelbar ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass in dem ersten Plasmaerzeugungsbereich 18 vorliegende beziehungsweise erzeugte Ionen in Richtung auf das Substrat 11 hin beschleunigt werden. Mit der Plasmaätzanlage 5 wird nun der bereits aus DE 42 41 045 Cl bekannte anisotrope Atzprozess für Silizium durchgeführt, indem abwechselnd Ätzschritte und Passivierschritte ausgeführt werden, wobei während der Ätzschritte aus einem Fluor liefernden Gas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, Fluorradikale, und während der Passivierschritte aus einem teflonartige Filme bildenden Gas, beispielsweise CF8, polymerisationsfähige Radikale, beispielsweise (CF2)nr gebildet werden. Weiter wird dieser Prozess üblicherweise mit einem Sauerstoffzusatz von 10% bis 20% des Flusses an Schwefelhexafluorid in den Ätzschritten betrieben, um schädliche Schwefelausscheidungen im Abgasbereich der Plasmaätzanlage 5 zu unterdrücken.
Um eine möglichst hohe Ätzrate in Silizium und möglichst hohe Dichten an Fluorradikalen während der Ätzschritte als auch möglichst hohe Dichten von teflonartige Filme bildenden Radikalen während der Passivierschritte zu erzeugen, wird weiter über die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung 20 bezie- hungsweise die zweite ICP-Spule 15 eine möglichst hohe Plasmaleistung von 3 kW bis 7 kW unter erhöhten Prozessdruck von 30 μbar bis 250 μbar, vorzugsweise 40 μbar bis 100 μbar, in das dort erzeugte Plasma eingekoppelt.
Die erste ICP-Spule 14 beziehungsweise die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung 21 wird dann mit einer wesentlich geringeren eingekoppelten Hochfrequenzleistung von beispielsweise 400 W bis 1000 W und einem um Δp niedrigeren Prozessdruck betrieben als die zweite ICP-Spule 15. Insbesondere beträgt der Prozessdruck in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung 5 μbar bis 30 μbar, vorzugsweise 10 μbar.
Schließlich ist im Fall der Plasmaätzanlage 5 gemäß Figur 1 vorgesehen, dass sowohl die erste ICP-Spule 14 als auch die zweite ICP-Spule 15 über entsprechende Anschlussleitungen mit einem nicht dargestellten gemeinsamen Hochfrequenzbauteil mit einem gemeinsamen Hochfrequenzgenerator und einem gemeinsamen Anpassnetzwerk 25 verbunden sind. Dies wird mit Hilfe der Figur 2 näher erläutert.
Die Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze eines gemeinsamen Anpassnetzwerkes 25, wobei zusätzlich die erste ICP-Spule 14 und die zweite ICP-Spule 15 gemäß Figur 1 in Draufsicht dargestellt ist. Insbesondere sei betont, dass die Reaktorkam- mer 13 gemäß Figur 1 zylindrisch ausgebildet ist, wobei die erste ICP-Spule 14 und die zweite ICP-Spule 15 diese Reaktorkammer 13 bereichsweise umgeben.
Im Einzelnen weist das gemeinsame Anpassnetzwerk 25 zunächst einen ersten Speisepunkt 33 auf, an dem über eine asymmetrische Koaxialleitung mit einer Impedanz von 50 Ω aus dem nicht dargestellten gemeinsamen Hochfrequenzgenerator in an sich bekannter Weise eine Hochfrequenzleistung von 3 kW bis 7 kW mit einer Frequenz von 13,56 MHz in das gemeinsame An- passnetzwerk 25 einkoppelbar ist. Weiter ist vorgesehen, dass dieser erste Speisepunkt 33 über eine Verzögerungsleitung 35 mit einem zweiten Speisepunkt 34 verbunden ist. Durch die Verzögerungsleitung 35 wird in aus DE 199 00 179 Cl bekannter Weise eine Phasenverschiebung von λ/2 der am ersten Speisepunkt 33 eingekoppelten Hochfrequenzleistung gegenüber dem zweiten Speisepunkt 34 gewährleistet.
Insgesamt liegt somit an den beiden Speisepunkten 33, 34 jeweils eine hochfrequente Wechselspannung gleicher Frequenz und betragsmäßig zumindest nahezu gleicher Amplitude an, die gegeneinander um 180° phasenverschoben sind. Die Impedanz zwischen den Speisepunkten 33,34 beträgt 200 Ω.
Weiter ist gemäß Figur 2 vorgesehen, dass das gemeinsame An- passnetzwerk 25 insgesamt 4 Kondensatoren Ci, C2, C3 und C4 aufweist, mit denen eine Anpassung der Impedanz von 200 Ω zwischen den Speisepunkten 33,34 an die Impedanz des Plasmas in dem ersten Plasmaerzeugungsbereich 18 beziehungsweise in dem zweiten Plasmaerzeugungsbereich 17 gewährleistet werden kann. Aufgrund der hohen, in den zweiten Plasmaerzeugungsbereich 17 eingekoppelten Hochfrequenzleistung ist diese Impedanzanpassung insbesondere für den zweiten Plasmaerzeugungsbereich 17 wichtig.
Weiter wird dann gemäß Figur 2 die eingekoppelte Hochfrequenzleistung an einem ersten Spulenende 36 und einem zweiten Spulenende 37 in die zweite ICP-Spule 15 eingekoppelt, die bevorzugt mit einem Mittelabgriff 32 versehen und darüber geerdet ist. Daneben ist vorgesehen, dass die zweite ICP-Spule 15 einen ersten Abgriff 30 und einen zweiten Abgriff 31 aufweist, die symmetrisch bezüglich des Mittelabgriffes 32 angeordnet sind. Über diesen ersten Abgriff 30 beziehungsweise den zweiten Abgriff 31 steht die zweite ICP- Spule 15 mit der ersten ICP-Spule 14 in Verbindung, die so- mit parallel zu dem zwischen den beiden Abgriffen 30, 31 befindlichen Teil der zweiten ICP-Spule 15 geschaltet ist.
Hinsichtlich weiterer Details zu der Funktion und der Ausgestaltung der einzelnen Komponenten des gemeinsamen Anpass- netzwerkes 25 sei auf DE 199 00 179 Cl verwiesen, wo diese Schaltung ausführlich beschrieben ist.
Insbesondere sei betont, dass gemäß Figur 2 die erste ICP- Spule 14 im Nebenschluss zu einem Teil der zweiten ICP-Spule 15 betrieben wird, wobei gleichzeitig eine symmetrische und balancierte Speisung für beide Spulen 14, 15 gewährleistet ist, die zudem einfach zu regeln ist.

Claims

Ansprüche
1. Plasmaätzanlage zum insbesondere anisotropen Ätzen eines Substrates (11) durch Einwirken eines Plasmas, mit einer ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) , die ein erstes Mittel (14) zum Generieren eines ersten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einen ersten Plasmaerzeugungsbereich (18) zur Erzeugung eines ersten Plasmas aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des ersten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein erstes Reaktivgas und eine erste Gaszuführung (19) aufweist, wobei das zu ätzende Substrat (11) in der ersten PlasmaerzeugungsVorrichtung (21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) eine zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) vorgeschaltet ist, die ein zwei- tes Mittel (15) zum Generieren eines zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, einen zweiten Plasmaerzeugungsbereich (17) zum Erzeugen eines zweiten Plasmas aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des zweiten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf ein zweites Reak- tivgas und eine zweite Gaszuführung (16) aufweist, wobei das zweite Plasma der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) über die erste Gaszuführung (19) zumindest teilweise als erstes Reaktivgas zuführbar ist.
2. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) eine induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) ist, die als erstes Mittel mindestens eine mit einem ersten Hoch- frequenzbauteil in Verbindung stehende erste ICP-Spule (14) aufweist.
3. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) eine über eine Zuleitung (12) mit einer Hochfrequenz- Spannungsquelle verbundene Substratelektrode (10) aufweist, mit der in dem ersten Plasma enthaltene Ionen auf das Substrat (11) hin beschleunigbar sind.
4. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) eine induktiv gekoppelte Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) ist, die als zweites Mittel mindestens eine mit einem zweiten Hochfrequenzbauteil in Verbindung stehende zweite ICP-Spule (15) aufweist.
5. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) und die zweite Plasmaerzeu- gungsvorrichtung (20) über eine gasdurchlässsige, insbesondere geerdete Entladevorrichtung (19 λ) miteinander verbunden sind, die eine zumindest teilweise Entladung von Ionen und/oder Elektroden aus dem zweiten Plasma bewirkt, und die insbesondere gleichzeitig als erste Gaszufuhr (19) dient.
6. Plasmaätzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevorrichtung (19 ) eine metallische oder keramische Lochplatte, ein metallisches oder keramisches Netz, ein Duschkopf oder ein Gaszuführungsring ist.
7. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Plasmaerzeugungsvorrichtung (20, 21) in einer ge- meinsamen Reaktorkammer (13) derart hintereinander angeordnet und durch die gasdurchlässige Entladevorrichtung (19Λ) derart voneinander getrennt sind, dass das der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) zugeführte erste Reaktivgas zumindest nahezu vollständig durch die Entladevorrichtung (19 v) durchtritt.
8. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurchlässige Entladevorrichtung (19Λ) derart in der Reaktorkammer (13) angeordnet ist, dass sie die Gasdurchtrittsfläche für ein Gas aus der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) in die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) auf 0,01% bis 80% der ohne die Entladevorrichtung (13) in der Reaktorkammer (13) vorliegenden Durchtrittsfläche zwischen den Plasmaer- zeugungsvorrichtungen (20, 21) reduziert.
9. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevorrichtung (19λ) beheizbar ist.
10. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hochfrequenzbauteil ein erster Hochfrequenzgenerator mit einem ersten Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung der ersten Plas- maerzeugungsvorrichtung (21) an die Impedanz des ersten Plasmas ist.
11. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Hochfrequenzbauteil eine Leistung von 50 Watt bis 2000 Watt, insbesondere 400 Watt bis 1000 Watt, in das erste Plasma einkoppelbar ist.
12. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hochfrequenzbauteil ein zweiter Hochfrequenzgenerator mit einem zweiten Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) an die Impedanz des zweiten Plasmas ist.
13. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Hochfrequenzbauteil eine Leistung von 3000 Watt bis 7000 Watt in das zweite Plasma einkoppelbar ist.
14. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Hochfrequenzbauteil phasensynchronisiert bei ei- ner gleichen Frequenz, insbesondere 13,56 MHz, betrieben werden, oder dass das erste Hochfrequenzbauteil und das zweite Hochfrequenzbauteil bei deutlich verschiedenen Frequenzen, insbesondere 12,56 MHz, 2 MHz oder 380 kHz für das erste Hochfrequenzbauteil und 13,56 MHz für das zweite Hoch- frequenzbauteil, betrieben werden.
15. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) und die zweite Plasmaerzeu- gungsvorrichtung (20) ein gemeinsames Hochfrequenzbauteil mit einem gemeinsamen Hochfrequenzgenerator und einem gemeinsamen Anpassnetzwerk (25) aufweisen, und wobei die erste ICP-Spule (14) über einen ersten Abgriff (30) an der zweiten ICP-Spule (15) und -einen zweiten Abgriff (31) an der zweiten ICP-Spule (15) elektrisch einem Teil der zweiten ICP-Spule (15) parallel geschaltet ist.
16. Plasmaätzanlage nach Anspruch 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass über die Lage der Abgriffe (30, 31) an der zweiten ICP-Spule (15) eine Einstellung des durch die erste ICP-Spule (14) und des durch den parallel geschalteten Teil der zweiten ICP-Spule (15) fließenden elektrischen Stromes und darüber der jeweils in das erste Plasma und das zweite Plasma eingekoppelten Leistung vornehmbar ist.
17. Plasmaätzanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Anpassnetzwerk (25) ein symmetrisch aufgebautes Anpassnetzwerk (25) mit einer symme- trisch aufgebauten Spulenspeisung ist, und dass die zweite ICP-Spule (15) einen geerdeten Mittelabgriff (32) mit diesbezüglich symmetrisch angeordnetem ersten und zweiten Abgriff (30, 31) aufweist.
18. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) höher ist als in der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) , wobei die Druckdi ferenz insbesondere 10 μbar bis 250 μbar beträgt.
19. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung zwischen 30 μbar und 250 μbar und der Druck in der ersten Plasmaerzeugungsvor- richtung (21) zwischen 5 μbar und 30 μbar liegt.
20. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die erste Gaszuführung (19) und/oder die Entladevorrichtung (19Λ) so- wie die zweite Gaszuführung (16) die Druckdifferenz zwischen der ersten Plasmaerzeugungsvorrichtung (21) und der zweiten Plasmaerzeugungsvorrichtung (20) einstellbar ist.
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