DE3914065A1

DE3914065A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von plasma-aetzverfahren

Info

Publication number: DE3914065A1
Application number: DE3914065A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Gruenwald; Hans Ramisch; Anton Dr Pawlakowitsch
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-10-31
Also published as: US5009738A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Plasma-Ätzverfahren, insbesondere von reaktiven Ionen-Ätzverfahren mit einer Reaktionskammer, einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode.

Stand der Technik

Bei plasmagestützten Prozessen zur Bearbeitung flacher Substrate, z.B. von Halbleiterscheiben bei der Herstellung von integrierten elektronischen Schaltkreisen, beispielsweise dem sogenannten "Plasmaätzen", dem "reaktiven Ionenätzen" oder der plasmaaktivierten chemischen Gasphasenabscheidung, stehen beim derzeitigen Stand der Technik vorrichtungsseitig folgende Probleme im Vordergrund:

1. Die Substrate müssen reproduzierbar und effektiv, d.h. mit optimalem Wärmeübergang temperiert werden. Die Substrate werden hierbei üblicherweise in Kontakt mit einer heiz- oder kühlbaren Fläche gebracht. Der Wärmeübergang wird dabei durch die in der Regel zu geringe tatsächliche Kontaktfläche bzw. einen Spalt zwischen heiz- oder kühlbarer Fläche einerseits und den Substraten andererseits limitiert.
2. Durch mechanisch bewegte Teile innerhalb der Prozeßkammer können Partikel entstehen, die auf den Substraten zu Fehlstellen führen, welche die spätere Funktion hieraus gefertigter Teile gefährden.
3. Das Plasma füllt nicht das ganze Volumen der Prozeßkammer, sondern nur einen, stark von den Prozeßparametern abhängigen Teil davon. Die Erfahrung zeigt, daß auch geringe Variationen der Prozeßparamter (insbesondere Druck, Saugleistung der Vakuumpumpe, elektrische Leistung oder die Zuflußraten der Gase) das Volumen des Plasmas und damit die Energiedichte und die Konzentration reaktiver Teilchen über den Substraten merklich verändern. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, daß das Plasma in der Regel nicht genügend über der zu behandelnden Fläche der Substrate konzentriert ist, sondern sich aufgrund zu voluminös dimensionierter Prozeßkammern auch weiter entfernt von den Substraten ausbilden kann, ohne jedoch ein bestimmtes Volumen, z.B. die Prozeßkammer zuverlässig zu erfüllen.

Zur Bewältigung dieser Probleme werden beim derzeitigen Stand der Technik folgende Lösungen vorgeschlagen oder praktiziert:

1. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen einer temperierten Fläche und der Rückseite der Substrate wurde die Füllung des Spalts zwischen den beiden Kontaktflächen mit Vakuumfett, bzw. Ölen mit niedrigem Dampfdruck, wie sie in Drehschieberpumpen verwendet werden, vorgeschlagen. Nachteilig ist jedoch, daß hierdurch das Plasma mit den genannten Materialien verunreinigt wird. Alternativ wurde die verwendung von Gasen als wärmeübertragendes Medium zwischen den beiden Kontaktflächen berichtet (US-PS 45 14 636; US-PS 42 61 762; US-PS 45 79 623). Von Nachteil ist, daß eine präzise Kontrolle des Zustroms des wärmeübertragenden Gases notwendig ist sowie gesondertes Fixieren der Substrate, insbesondere bei Behandlung leichter Substrate, z.B. von Siliziumscheiben. Ein anderer Weg zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen beiden Kontaktflächen besteht im Andrücken der Substrate an die temperierte Fläche. Dies kann z.B. durch elektrostatische Anziehung der Substrate an die temperierte Fläche erfolgen, wie in US-PS 43 99 016 beschrieben. Diese Methode erfordert dieser Patentschrift zufolge exzellente Dielektrikumsschichten auf der temperierten Fläche, wie sie in der Praxis kaum zu garantieren sind. Geläufiger ist deshalb das Andrücken der Substrate durch mechanische Mittel, wie Krallen oder mittels Federdruck betätigte Stifte bzw. Ringe (US-PS 43 67 114). Diese mechanischen Mittel bewirken jedoch häufig lokale Inhomogenitäten des Plasmas, die zu inhomogener Bearbeitung der Substrate führen. Durch Federdruck betätigte Mittel zum Andrücken neigen ferner zu wenig reproduzierbarem Andruck.
2. Die bisherigen mechanischen Mittel zum Andrücken von Substraten an temperierte Flächen erzeugen durch Abrieb Partikel, die auf die Substrate gelangen können. Um Partikel von der zu bearbeitenden Fläche der Substrate fernzuhalten, wird deshalb in einem Anlagentyp zum reaktiven Ionenätzen das Substrat mit der zu bearbeitenden Fläche nach unten an die obere Elektrode eines sogenannten Parallelplattenreaktors gedrückt. Dieser Aufbau macht jedoch das Beladen der Prozeßkammer mechanisch erheblich aufwendiger.
3. Zur Konzentrierung des Plasmas nahe einem zu bearbeitenden Substrat wird in US-PS 42 09 357 eine kleine Prozeßkammer vorgeschlagen, die eine zuverlässige Definition des Plasmavolumens erlaubt.

Mittel zum Andrücken des Substrats an eine temperierbare Unterlage sind jedoch nicht vorgesehen. Es bestand deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung von Plasmaprozessen zu schaffen, die eine sichere und reproduzierbare Temperaturkontrolle flacher zu bearbeitender Substrate durch mechanisches Andrücken dieser Substrate an eine temperierte Fläche gewährleistet. Dabei soll vermieden werden, daß durch Abrieb des Andruckmechanismus erzeugte Partikel auf die Oberfläche der Substrate gelangen können. Schließlich soll die Vorrichtung das Plasma in einem definierten Volumen nahe der zu bearbeitenden Substrate konzentieren, ohne daß lokale Inhomogenitäten des Plasmas auftreten.

Soweit der Stand der Technik.

Erfindungsgemäß werden die o.g. Aufgaben gelöst, indem eine der Substratform angepaßte Reaktionskammer auf den Rand eines einzelnen Substrats aufgestellt wird und das Substrat durch ihr Gewicht auf eine temperierte Fläche drückt, auf der das Substrat aufliegt.

An die temperierbare Fläche wird während des Prozesses eine Spannung, vorzugsweise eine Hochfrequenzspannung angelegt und die Reaktionskammmer geerdet, so daß das Plasma innerhalb des vom Substrat und von der Reaktionskammer umschlossenen Raumes brennt.

Die Erfindung wird weiter unten anhand von mehreren Figuren im Detail erläutert.

Beim reaktiven Ionen-Atzen werden stark reagierende Gase, wie fluor- oder chlorhaltige Gase, eingesetzt.

Durch die amerikanische Patentschrift 42 09 357 ist bereits ein Gasplasmareaktor bekannt geworden. Nach Anspruch 1 dieser Patentschrift ist der Gasplasmareaktor mit einer ersten und zweiten Elektrode versehen, die so ausgebildet sind, daß sie einen Reaktionsraum umgeben, der evakuiert werden kann. Die erste Elektrode der US-Patentschrift hat eine Reihe von Öffnungen für den Einlaß von Reak tionsgas in den Reaktionsraum und eine zweite Reihe von Öffnungen für den Auslaß der gasförmigen Reaktionspro dukte aus dem Reaktionsraum.

Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:
Die oben beschriebenen Verfahren sollen grundsätzlich verbessert werden. Es soll eine erhöhte Konzentrierung des Plasmas erzielt werden, beziehungsweise das Volumen soll stärker verringert werden. Es soll ein sicheres Verfahren gefunden werden für das Andrücken des Substrats an die untere Elektrode (Katode). Das Verhältnis der Flächen der Anode und der Innenwand des Reaktors, die beide an Masse liegen, einerseits und der Fläche der Katode, die mit einer negativen Vorspannung (DC-Bias) versehen ist, andererseits soll verkleinert werden.

Es gehört weiterhin zur Aufgabe, eine größere Flexibilität bei der Einstellung der Verfahrensparameter zu erreichen. Insbesondere soll ein schnelles, sicheres und ökonomisches Anpassen der Verfahrensparameter an Kundenwünschen, das heißt an spezielle Verfahrensvorschriften, durchführbar sein.

Mit der Erfindung soll eine bessere Wärmeabfuhr für das Substrat während des Ätzvorgangs erzielt werden.

Es gehört weiterhin zu den Aufgaben der Erfindung, das Anpressen mit einer dreifingrigen Kralle, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, zu vermeiden. In der Regel bildet sich an der Stelle der Kralle ein ungleich mäßiges Plasma. Dies verursacht wiederum eine ungleich mäßige Ätzung.

Es soll auf einfache Weise Einfluß auf das Verhältnis der Größen der am Verfahren beteiligten Anoden- und Reak torinnenwandfläche einerseits und der Katodenfläche andererseits genommen werden können, um nach der Theorie der Langmuirsonde die Spannungspotentiale zwischen Plasma und Katode je nach Verfahrensvorschrift zu ändern.

Die Gerichtetheit der Ätzung soll verbessert werden. Aus der oberen Elektrode heraus soll das Gas in möglichst definierter Weise auf das darunterliegende Substrat geleitet werden.

Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Elektrode, die vorzugsweise an Masse liegende Anode, innerhalb der Kammer in Richtung auf die zweite Elektrode, vorzugsweise die Katode, beweg lich angeordnet und mit mindestens einer Prozeßgasaus trittsöffnung, vorzugsweise jedoch mit einer Vielzahl von Prozeßgasaustrittsöffnungen versehen ist, daß die zweite, insbesondere gekühlte, Elektrode als Substrat träger ausgebildet, hochfrequenzgespeist ist und ein negatives Potential (DC-Bias) gegenüber dem Plasma auf weist.

Eine hohe Konzentration des Plasmas und ein sicheres Andrücken des Substrats an die untere Elektrode wird dadurch erreicht, daß eine Prozeßkammer über der oberen Elektrode (erste Elektrode) hängend angeordnet ist, daß beim Absenken der oberen Elektrode, die Prozeßkammer auf den Rand des Substrats aufsitzt und das Substrat durch sein Eigengewicht reproduzierbar auf die untere Elektrode (zweite Elektrode) drückt.

In vorteilhafter Weise kann der Ablauf des Verfahrens dadurch beeinflußt werden, daß die obere Elektrode mit Austrittsöffnungen für Prozeßgas versehen ist, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß die erzeugten Gas ströme, insbesondere in ihrer Richtung und Intensität, als gemäß der geforderten Verfahrensvorschrift einstellbare Verfahrensparameter genutzt werden können.

Zweckmäßigerweise ist die obere Elektrode kreisscheiben förmig ausgebildet. Um die Gerichtetheit der Gasströme zu gewährleisten, wird weiterhin vorgeschlagen, daß die obere Elektrode als Gasdusche vorzugsweise mit Richtung auf das auf der zweiten Elektrode befindliche Substrat ausgebildet ist.

Eine kostensparende Konstruktion besteht darin, daß die Gasdusche ein Lochblech umfaßt, wobei die Löcher des Lochblechs die Gasaustrittsöffnungen darstellen.

Das erforderliche Volumen wird auf ein Mindestmaß dadurch reduziert, daß die obere Elektrode, die Prozeßkammer und die untere Elektrode eine Prozeßkammer bilden, in der das Plasma konzentriert wird.

Geänderte Kundenwünsche führen zu geänderten Verfahrens vorschriften. Um diese zu erfüllen, müssen die Verfahrensparameter geändert werden. Dazu gehört als ein wichtiger Verfahrensparameter die Differenz des Potentials des Plasmas einerseits und der Substratelektrode andererseits. Diese Differenz der Potentiale ist eine Funktion der Differenz der Flächen der beiden am Verfahren beteiligten Elektroden. Der Fläche der an Masse liegenden oberen Elektrode ist die Fläche der Innenwand des ebenfalls an Masse liegenden Rezipienten hinzuzufügen.

Man kommt so zu der Gesamtanodenfläche. Ändert man nunmehr diese Gesamtanodenfläche, indem man die Innenwand des Rezipienten durch Austausch des Rezipienten, beziehungs weise durch Einsatz einer anderen Konfiguration der Innenwand der Prozeßkammer ändert, dann kommt man auf eine sehr einfache und ökonomische Weise zu der gewünsch ten Änderung der Differenz der Potentiale des Plasmas und der Substratelektrode.

Es wird daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Prozeßkammer auswechselbar angeordnet ist und je nach den geforderten Verfahrensvorschriften durch einen anderen Rezipienten mit einer anderen wirksamen Fläche der Innenwand ersetzt werden kann.

Außerdem wird vorgeschlagen, daß die Größe der wirksamen Fläche der Innenwand des vorhandenen Rezipienten geändert wird.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Prozeßkammer in ihrer oberen Wand mit mindestens einer Auslaßöffnung, insbesondere für die gasförmigen Reaktionsprodukte aus der Prozeßkammer, versehen ist.

Dabei kann vorgesehen werden, daß die Auslaßöffnungen einstellbare Strömungsquerschnitte aufweisen, die insbe sondere durch veränderbare Überdeckung von Löchern einer Lochplatte (Blende), die gegenüber der oberen Wand des Rezipienten verdrehbar ist, und von zu den Löchern der Blende korrespondierenden Löchern in der Wand des Rezi pienten gebildet werden.

Zur Kontrolle des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Rezipient, insbesondere in seiner seitlichen Wand, mit einem Beobachtungsfenster versehen ist. Dabei kann vorgesehen werden, daß das Fenster aus Siliciumoxid oder aus Saphir besteht.

Der untere Rand des Rezipienten kann mit einem Keramik profilring versehen sein, in dem vorzugsweise ein Saphir fenster angeordnet ist.

Es wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß mit den beschriebenen Vorrichtungen ein Verfahren durchgeführt wird, bei dem eine der Substratform angepaßte Reaktionskammer auf den Rand eines einzelnen Substrats aufgestellt wird und das Substrat durch ihr Gewicht auf eine temperierte Fläche drückt, auf der das Substrat aufliegt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß an die temperierbare Fläche während des Prozesses eine Spannung, vorzugsweise eine Hochfrequenzspannung angelegt und die Reaktionskammer geerdet wird, so daß das Plasma innerhalb des vom Substrat und von der Reaktionskammer umschlossenen Raumes brennt.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
Die gestellten Aufgaben werden gelöst. Gegenüber dem Stand der Technik wird eine größere Konzentrierung des Plasmas erzielt. Das benötigte Volumen wird verringert.

Das Andrücken des Substrats auf die untere Elektrode wird verbessert. Damit wird auch die Wärmeabfuhr für das Substrat während des Verfahrens verbessert, das heißt, die sowieso verhandene Kühlung der Substratelektrode wird besser, als dies beim Stand der Technik der Fall ist, ausgenutzt. Das Verhältnis der Flächen Anode/Reaktorwand zur Katode wird verkleinert.

Es wird eine größere Flexibilität bei der Einstellung der Verfahrensparameter erreicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung zu entnehmen.

Diese Ausführungsbeispiele werden anhand von vier Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung in einem Schnittbild eine Reaktionskammer für ein reaktives Ionen- Ätzverfahren.

Fig. 2 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Lochscheibe.

Fig. 4 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine obere Elektrode 1 und eine untere Elektrode 2. Eine Prozeßkammer 3 ist über der oberen Elektrode hängend angeordnet. Beim Absenken der oberen Elektrode in Richtung der Pfeile 4, 5 senkt sich auch die Prozeßkammer. Der Metallrezipient sitzt auf dem Rand des Substrats 6 auf. Bei dem Substrat kann es sich um einen Wafer handeln. Der Randbereich des Wafers ist mit 7 bezeichnet. Durch das Eigengewicht drückt der Rezipient reproduzierbar das Substrat auf die untere Elektrode 2.

Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung bildet sich ein Plasma, das durch die obere Elektrode, die Prozeßkammer und die untere Elektrode, beziehungsweise das Substrat, in der Reaktionskammer 8 konzentriert wird. Über die obere Elektrode tritt Prozeßgas in die Reaktionskammer 8. Das austretende Prozeßgas ist in Fig. 1 durch Pfeile symbolisiert. Einer dieser Pfeile trägt die Bezugsziffer 9. Die während der Reaktion entstehenden Abgase werden, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, nach oben abgesaugt.

Nach Beendigung der Ätzung des Substrats 6 wird die obere Elektrode nach oben bewegt. Die Prozeßkammer wird dadurch ebenfalls nach oben bewegt, siehe Pfeile 10, 11. Das geätzte Substrat kann entfernt und durch ein neues zu ätzendes Substrat ersetzt werden.

Die untere Elektrode, die man als Substratelektrode bezeichnen kann, ist hochfrequenzgespeist. Sie weist gegenüber dem Plasma ein negatives Potential auf. Die Substratelektrode ist gekühlt. Durch das dichte Anliegen des Substrats, insbesondere durch das soeben beschriebene Anpressen des Substrats durch das Eigengewicht der Prozeßkammer, wird eine wirksame Kühlung des Substrats erzielt.

Die obere Elektrode ist als Gasdusche ausgebildet. Sie besitzt ein Kanalsystem für das Prozeßgas, siehe hierzu die Bezugsziffern 12, 13, die Kanäle kennzeichnen, und eine Reihe von Austrittsöffnungen, von denen eine mit 14 bezeichnet ist. Ein Balg 15 dient zur Abdichtung der Reaktionskammer.

Während die Substratelektrode ein negatives Potential gegenüber dem Plasma aufweist, liegt die obere Elektrode sowie die Glocke an Masse.

Da hier die Fläche der obereren Elektrode 1 und die Innenwand der Prozeßkammer 3 als eine Elektrodenfläche (Anodenfläche) anzusehen sind, die der kleineren Fläche (Katodenfläche) der Substratelektrode gegenüberstehen, wird das Substrat mit Ionen aus dem Plasma bombardiert. Das Substrat wird durch das Bombardement abgetragen, beziehungsweise geätzt.

Es gehört zu den Vorteilen der Erfindung, daß die Prozeßkammer ausgewechselt werden kann. Eine alternativ eingesetzte Prozeßkammer mit einer anderen Größe der Innenfläche führt zu anderen Potentialverhältnissen. Damit ist es möglich, geänderten Wünschen des Kunden, das heißt geänderten Verfahrensvorschriften, zu entsprechen.

In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, daß die Größe der wirksamen Fläche der Innenwand der vorhandenen Prozeßkammer veränderbar ausgebildet ist.

Bei Vorrichtungen des Standes der Technik wird das Sub strat durch eine dreifingrige Kralle auf die Substrat elektrode gepreßt. Im Bereich der Kralle bildet sich beim Stand der Technik ein ungleichmäßiges Plasma. Dadurch kommt es zu einer ungleichmäßigen Ätzung. Dieser Nachteil wird durch das beschriebene Aufsetzen der Prozeßkammer auf den Rand des Substrats vermieden.

Aus Fig. 2 ist der glockenförmige Rezipient 16 erkennbar. Die obere Prozeßkammerwand 17 trägt an ihrer Außenseite eine Lochscheibe oder Blende 18. Die Form der Lochscheibe ist insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich. Über einen Teilungskreis verteilt sind acht Löcher angebracht, von denen eines mit 19 bezeichnet ist. Korrespondierend zu diesen Löchern der Lochscheibe sind in der oberen Wand des Rezipienten Löcher angebracht, von denen zwei in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 mit 20, 21 bezeichnet sind.

Die Lochplatte ist gegenüber der oberen Wand des Rezi pienten verdrehbar. Insbesondere aus Fig. 3 ist erkenn bar, daß durch das Verdrehen der Lochplatte gegenüber der oberen Prozeßkammerwand 17 die Strömungsquerschnitte für das Abgas verändert werden können. Das abströmende Abgas ist in Fig. 2 durch sechs Pfeile gekennzeichnet, von denen einer mit 22 bezeichnet ist.

Wie anhand von Fig. 1 beschrieben, besitzt die obere Elektrode 24 ein Kanalsystem für das Prozeßgas. Ein axial angeordneter Kanal ist in Fig. 2 mit der Bezugs ziffer 25 bezeichnet.

Rein schematisch sind sieben Austrittsöffnungen in Fig. 2 in der oberen Elektrode dargestellt. Eine trägt die Bezugsziffer 27. Mit 28 ist ein Beobachtungsfenster bezeichnet. 29 stellt einen Keramikprofilring dar.

Fig. 4 entspricht mit einer Ausnahme der Fig. 2. Während das Fenster 28 der Fig. 2 aus Siliciumdioxid besteht und in der seitlichen Prozeßkammer 30 des Rezipienten angebracht ist, besteht das Fenster 31 gemäß Fig. 4 aus Saphir, und es ist im Keramikprofilring 32 angeordnet.

Das Fenster dient zur optischen Endpunkterkennung. Der Endpunkt der Ätzung ist dann eingetreten, wenn die zu entfernende Schicht entfernt ist und kein weiteres Material mehr abgetragen werden soll.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich, ist die obere Elektrode als Gasdusche ausgebildet, sie ist mit einem Lochblech versehen. Das Prozeßgas, beispielsweise Fluor oder Chlor, tritt an den Öffnungen aus. Es reagiert mit dem Material des Substrats, dabei entsteht Siliciumfluorid und Aluminiumchlorid, das in die Gasphase abgegeben wird. Diese gasförmigen Reaktionsprodukte werden im Gegensatz zum Stand der Technik nicht nach unten sondern nach oben über die Öffnungen 20, 21 abgesaugt.

Nachfolgend wird in zusammengefaßter Form eine Beschreibung der Vorrichtung zur Durchführung von Plasma- Ätzprozessen wiedergegeben:
In Fig. 1 wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines plasmagestützen reaktiven Ionen-Ätzverfahrens mit einer Reaktionskammer (8), einer oberen Elektrode (1), bestehend aus einem Anodenkörper und einer kombinierten Gaszuführung mit Halterung, und einer unteren Elektrode (2) dargestellt. Vorteilhafterweise befindet sich die beschriebene Anordnung in einem Vakuumrezipienten. Auf der oberen Elektrode befindet sich eine Lochblende mit Öffnungen, die mit denen in der Prozeßkammer identisch sind. Sie liegt frei drehbar auf. Durch Änderung ihrer Lage ist es möglich, die Querschnitte der Abpumpöffnungen zu variieren. Hierdurch ist man in der Lage, Einfluß auf wichtige Prozeßparameter, wie z.B. die Verweildauer des Prozeßgases und der Reaktionsprodukte zu nehmen. Ein an der Gaszuführung und der Lochblende befestigter Faltenbalg verhindert das Eindringen von Partikeln in den Rezipienten. Gleichzeitig ist die obere Elektrode als Gasdusche ausgebildet, die untere als Substratelektrode an der die Prozeßkammer anliegend angeordnet ist. Ein vollständiger Prozeßzyklus sieht wie folgt aus. Eine Hubvorrichtung hebt die obere Elektrode und damit die Prozeßkammer an.

Durch eine Schleuse, die jetzt geöffnet wird, bringt ein Robotarm das Substrat (6). Mittels einer entsprechenden Vorrichtung wird dieses auf der unteren Elektrode abgelegt. Nachdem der Robotarm den Vakuumrezipienten verlassen hat, und dessen Schleusentür geschlossen wurde, wird die obere Elektrode abgesenkt. Gleichzeitig bewegt sich die Prozeßkammer nach unten und sitzt am Rand des Substrats (6) auf. Durch das Eigengewicht der Prozeßkammer (3) wird das Substrat (6) reproduzierbar auf die untere, kühlbare Elektrode gedrückt. Durch geschickte Ausbildung und Anordnung der Bauelemente wird eine Konzentration des Plasmas, sowie ein sicheres Andrücken des Substrats (6) an die untere Elektrode ohne nachteilige Veränderung des Plasmas möglich. Dieses hat gegenüber der hochfrequenzgespeisten Substratelektrode ein positives Potential. Nach Beendigung des Prozesses läuft der Einschleusprozeß revers ab. Die obere Elektrode, und damit der Metallrezipient, wird angehoben und der Robotarm entlädt die Prozeßkammer. Für einen neuen Prozeß wiederholt sich der gesamte Vorgang.

Liste der Einzelteile:

1 obere Elektrode
2 untere Elektrode
3 Prozeßkammer
4 Pfeil
5 Pfeil
6 Substrat
7 Randbereich
8 Reaktionskammer
9 Pfeil
10 Pfeil
11 Pfeil
12 Kanal
13 Kanal
14 Öffnung, Loch
15 Balg
16 Prozeßkammerwand
17 obere Prozeßkammerwand
18 Lochscheibe, Blende
19 Loch
20 Loch
21 Loch
22 Pfeil
24 Elektrode
25 Kanal
27 Öffnung
28 Fenster
29 Keramikprofilring
30 seitliche Prozeßkammerwand
31 Fenster
32 Keramikprofilring

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung von Plasma-Ätzverfahren, insbesondere von reaktiven Ionen-Ätzverfahren mit einer Reaktionskammer, einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektro de, vorzugsweise die an Masse liegende Anode, innerhalb der Kammer in Richtung auf die zweite Elektrode, vorzugs weise die Katode, beweglich angeordnet und mit mindestens einer, vorzugsweise mit einer Vielzahl von Prozeßgas austrittsöffnungen versehen ist, daß die zweite, insbe sondere gekühlte, Elektrode als Substratträger ausgebil det, hochfrequenzgespeist ist und ein negatives Potential (DC-Bias) gegenüber dem Plasma aufweist.

2. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine, insbesondere glockenförmige, vorzugsweise an Masse liegende, Prozeßkammer (3) über der oberen Elektrode (erste Elektrode) (1) hängend angeordnet ist, daß beim Absenken der oberen Elektrode, der Rezipient auf den Rand des Substrats (6) aufsitzt und das Substrat durch sein Eigengewicht reproduzierbar auf die untere Elektrode (zweite Elektrode) (2) drückt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die obere Elektrode (1) mit Austrittsöff nungen (14) für Prozeßgas versehen ist, die so ausgebil det und angeordnet sind, daß die erzeugten Gasströme, insbesondere in ihrer Richtung und Intensität, als gemäß der geforderten Verfahrensvorschrift einstellbare Verfahrensparameter genutzt werden können.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) kreisscheibenförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1) als Gasdusche vorzugsweise mit Richtung auf das auf der untere Elektrode (2) befindliche Substrat ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdusche ein Lochblech umfaßt, wobei die Löcher (14) des Lochblechs die Gasaustrittsöffnungen darstellen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (1), die Prozeßkammer (3) und die untere Elektrode (2) , beziehungsweise das auf der unteren Elektrode liegende Substrat (6) eine Prozeßkammer (8) bilden, in der das Plasma konzentriert wird.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die, insbe sondere glockenförmig ausgebildete, Prozeßkammer (3) auswechselbar angeordnet ist und je nach den geforderten Verfahrensvorschriften durch einen anderen Rezipienten mit einer anderen wirksamen Fläche der Innenwand ersetzt werden kann.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der wirksamen Fläche der Innenwand des vorhandenen Rezi pienten veränderbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßkammer in ihrer oberen Wand (17) mit mindestens einer Auslaßöffnung (20, 21), insbesondere für die gasförmigen Reaktionsprodukte versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß öffnungen einstellbare Strömungsquerschnitte aufweisen, die insbesondere durch veränderbare Überdeckungen von Löchern einer Lochscheibe (Blende) (18), die gegenüber der oberen Prozeßkammerwand (17) der Prozeßkammer verdrehbar ist, und von zu den Löchern (19) der Blende (18) korrespondierenden Löchern (20, 21) in der oberen Prozeßkammerwand (17) der Prozeßkammer gebildet werden.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßkammer, insbesondere in ihrer seitlichen Wand (30), mit einem Beobachtungsfenster (28) versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (28) aus Siliciumoxid besteht

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (31) aus Saphir besteht.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand der Prozeßkammerwand mit einem Keramikprofilring (32) versehen ist, in dem vorzugsweise ein Saphirfenster (31) angeordnet ist.

16. Verfahren, das mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Substratform angepaßte Reaktionskammer auf den Rand eines einzelnen Substrats aufgestellt wird, daß das Substrat durch das Gewicht der Reaktionskammer auf eine temperierte Fläche gedrückt wird, auf der das Substrat aufliegt.

17. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 16, das mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die temperierbare Fläche während des Prozesses eine Spannung, vorzugsweise eine Hochfrequenzspannung angelegt und die Reaktionskammer geerdet wird, so daß das Plasma innerhalb des vom Substrat und von der Reaktionskammer umschlossenen Raumes brennt.