DE3500328A1

DE3500328A1 - Zerstaeubungsaetzvorrichtung

Info

Publication number: DE3500328A1
Application number: DE19853500328
Authority: DE
Inventors: Hisaharu Hatano Kanagawa Obinata
Original assignee: Ulvac Inc; Nihon Shinku Gijutsu KK
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1985-01-07
Filing date: 1985-01-07
Publication date: 1986-07-10
Also published as: US4624767A

Description

NIHON SHINKU GIJUTSU KABUSHIKI KAISHA

Zerstäubungsätzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anwendung einer Zerstäubungsätzbehandlung an einem Substrat, wie z. B. einem Siliciumsubstrat oder dgl.

Es ist bereits eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei welcher beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, in einer Vakuumbehandlungskammer a eine Zerstäubungsätzelektrode c zum Tragen eines Substrats b angeordnet ist, so daß die Elektrode c mit einer Gleichspannungsleistung oder einer Hochfrequenzleistung von einer elektrischen Stromquelle d beaufschlagt werden kann, um vor der Elektrode ein Plasma e zu erzeugen und darin enthaltene Ionen auf das Substrat aufschlagen können, um es zu ätzen.

Diese bekannte Vorrichtung hat aber den Nachteil, daß keine ausreichend hohe Plasmakonzentration erhalten werden kann, da das Plasma e diffundiert wird, und folglich die Ätzgeschwindigkeit, d. h. die Ätztiefe je Zeiteinheit niedrig wird.

Als Mittel zur Erhöhung der Plasmakonzentration kann erwogen werden, eine höhere Leistung an der Elektrode c anzuwenden. Dieses Mittel hat aber den Nachteil, daß bei Erhöhung der elektrischen Spannung der Elektrode c die Energie der auf das Substrat b aufschlagenden Ionen ebenfalls hoch wird und folglich die Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Beschädigung eines auf dem Substrat b zu bildenden Musters oder eine Verminderung der Charakteristik des Musters verursacht wird; es ist wahrscheinlich, daß die genannten Störungen insbesondere bei einem dünnen

oder brüchigen Substrat oder bei einem empfindlichen Element, wie LSI, VLSI oder dgl. entstehen. Falls das Substrat b aus Silicium besteht und mit einer Zerstäubungsätzung durch Ar-Ionen beaufschlagt wird, werden außerdem der Oberfläche des behandelten Substrats unzählige feine Verletzungen aufgrund seiner Gitterfehler erteilt. Derartige feine Verletzungen verschlechtern die elektrische Charakteristik solch eines Produkts, wie eines feinen Musters eines VLSI-Elementes oder dgl. und bilden ein Hindernis zur Herstellung eines feineren Musters.

Ein erstes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, bei welcher ein vor einer Ätzelektrode erzeugtes Plasma ohne Erhöhung der an eine Elektrode angelegten elektrischen Leistung in seiner Konzentration erhöht werden kann, um die Ätzgeschwindigkeit zu verbessern, und ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, bei welcher verhindert wird, daß ein Substrat feine Verletzungen erleidet, wenn es einer Ätzbehandlung ausgesetzt wird.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung, bei welcher in einer Vakuumkammer eine Zerstäubungsätzelektrode zum Tragen eines Substrats angeordnet ist, die dafür vorgesehen ist, mit Gleichspannungs- oder Hochfrequenzleistung beaufschlagt zu werden, um vor ihr ein Plasma zur Anwendung einer Zerstäubungsätzbehandlung an dem Substrat zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenüberliegende Elektrode, welche sich in elektrisch offenem Zustand befindet, so angeordnet ist, daß sie der Zerstäubungsätzelektrode derart gegenübersteht, daß das Plasma auf einen zwischen den beiden Elektroden gebildeten Raum eingeschränkt werden kann.

Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine Magneteinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist, das sich in Axialrichtung entlang einem peripheren offe-

nen Bereich erstreckt, welcher den zwischen den beiden Elektroden gebildeten Raum umgibt, so daß das Plasma auf den Raum beschränkt werden kann, der nicht nur durch die beiden Elektroden, sondern auch durch das umgebende Magnetfeld definiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen

Beispiels;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels; und

Fig. 4 ein Diagramm von Ätzgeschwindigkeitskurven.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 umfaßt eine Vakuumkammer 1, eine Zerstäubungsätzelektrode 2 in Gestalt einer Platte, die aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. SUS, Cu oder dgl. besteht, welche in der Vakuumkammer 1 angeordnet ist, ein Substrat 3, wie beispielsweise ein Siliciumsubstrat oder dgl., welches auf der Ätzelektrode 2 über eine Basisplatte 4 aus SiO₂ oder dgl. angebracht ist, eine Einlaßöffnung 5 zum Einleiten eines Ätzgases, wie z. B. Ar, CF. oder dgl., eine elektrische Gleichspannungs- oder Hochfrequenzstromquelle sowie eine Vakuumpumpe 7. Wenn die Vakuumkammer 1 evakuiert wird, um sich in einem Vakuumzustand zu befinden, und mit einer kleinen Menge Ätzgas beschickt wird und an die Ätzelektrode 2 eine Gleichspannung oder Hochfrequenzspannung angelegt wird, kann vor der Ätzelektrode 2 ein Plasma 8 erzeugt werden, und darin enthaltene Ionen können auf das Substrat 3 aufschlagen, um es zu zerstäuben. Im herkömmlichen Fall

neigt das Plasma 8 dazu, daß es nach vorn vor der Ätzelektrode 2 diffundiert wird, und wenn seine Konzentration vor der Ätzelektrode nicht ausreichend hoch ist, werden die Ionen zum Aufschlagen auf dem Substrat 3 vermindert und als Folge davon wird die Ätzgeschwindigkeit vermindert.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist eine gegenüberliegende Elektrode 9 in Gestalt einer Platte vorgesehen, welche sich in einem elektrisch offenen oder potentialfreien Zustand befindet, bei welchem sie nicht mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist; die Elektrode 9 ist so angeordnet, daß sie der Ätzelektrode 2 gegenübersteht, so daß das vor dieser erzeugte Plasma 8 durch die gegenüberliegende Elektrode 9 am Diffundieren nach vorn ,„gehindert werden kann und auf einen Raum 12 beschränkt wird, der zwischen den beiden Elektroden 2, 9 gebildet wird, wie in Fig. 2 gezeigt; als Folge davon kann die Konzentration des Plasmas 8 vor der Ätzelektrode 2 ohne Vergrößerung der an diese angelegten elektrischen Leistung erhöht werden.

Zusätzlich verursacht die Erhöhung der Konzentration des Plasmas 8 eine Vergrößerung der Ionenmenge in dem Plasma, und dies führt dementsprechend zu einer Vergrößerung der Menge der Ionen, die auf das Substrat 3 aufschlagen, so daß die Ätzgeschwindigkeit des Substrats 3 verbessert werden kann. Da die Plasmakonzentration erhöht werden kann, ohne die Ätzelektrode 2 mit höherer elektrischer Leistung zu beaufschlagen, wie oben erwähnt, besteht der weitere Vorteil, daß ein relativ niedriges Potential der Ätzelektrode 2 ausreicht, bei welchem auf das Substrat 3 aufschlagende Ionen dieses nicht verletzen können.

An der Oberfläche der gegenüberliegenden Elektrode 9 ist eine Basisplatte 10 aus SiO» oder dgl. vorgesehen. Wenn die elektrische Stromquelle eine Hochspannungsquelle ist, ist ein Anpassungskasten 11 in dem Stromkreis vorgesehen,

der die Ätzelektrode und die Stromquelle 6 verbindet, so daß der Ätzelektrode 2 ein negatives Potential erteilt werden kann. Der zwischen den beiden Elektroden 2, 9 gebildete Raum 12 weist um sich herum einen peripheren offenen Bereich 12a auf, der die Verbindung zwischen dem Raum 12 und der Einlaßöffnung 5 zum Einleiten des Ätzgases in die Vakuumkammer 1 bildet, und in diesem Fall neigt das Plasma 8 dazu, radial in den peripheren offenen Bereich 12a zu diffundieren. Zur weiteren Erhöhung der Plasmakonzentration ist es wünschenswert, das Plasma 8 nicht nur durch die gegenüberliegende Elektrode am Diffundieren nach vorn zu hindern, wie oben erwähnt, sondern auch daran zu hindern, radial am Diffundieren in den peripheren offenen Bereich 12a zu hindern, ohne die Einleitung des Ätzgases in den Raum 12 zu behindern. Um dies zu erreichen, ist eine Magneteinrichtung 13 vorgesehen, d. h. ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet, wie z. B. in Fig. 3 gezeigt.

Die Magneteinrichtung 13 ist um beide oder um eine der beiden Elektroden 2, 9 herum angeordnet, um ein Magnetfeld zu schaffen, welches sich im wesentlichen senkrecht zu den beiden Elektroden 2, 9 erstreckt und in Axialrichtung entlang dem peripheren offenen Bereich 12a verläuft, so daß es den Raum 12 zwischen den beiden Elektroden 2, 9 umgibt. Wenn dieses Magnetfeld erzeugt ist, hindert es also das Plasma 8 daran, radial in den peripheren offenen Bereich 12a zu diffundieren, so daß die Plasmakonzentration in dem Raum 12 zwischen den beiden Elektroden 2, 9 weiter erhöht werden kann.

Die Gestalt der Oberfläche jeder dieser Elektroden 2, 9 braucht nicht flach zu sein, sondern kann konvex oder konkav sein oder irgendeine andere Form aufweisen.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn die Vakuumkammer 1 evakuiert wird, um sich im Vakuumzustand zu befinden und mit einer kleinen Menge eines Ätzgases, wie Ar oder dgl., beschickt wird und die Ätzelektrode 2 mit elektrischer Leistung von der Hochfrequenz-Stromquelle 6 beaufschlagt wird, um das Plasma 8 zu erzeugen, wird das Plasma vor der Ätzelektrode 2 erzeugt, und Ionen in dem Plasma werden zum Aufschlagen auf die Ätzelektrode von negativem Potential getrieben, und bei diesem Vorgang schlagen die Ionen auf das auf die Ätzelektrode 2 aufgesetzte Substrat 3 auf, um es zu ätzen.

Der geschilderte Vorgang unterscheidet sich nicht besonders von dem bei dem herkömmlichen Beispiel. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aber die gegenüberliegende Elektrode 9, welche sich elektrisch gesehen in dem offenen Zustand befindet, so angeordnet, daß sie der Ätzelektrode 2 gegenübersteht, so daß diese das erzeugte Plasma 8 vor der Ätzelektrode 2 daran hindert, daß es nach vorn diffundiert; folglich kann die Konzentration des Plasmas in dem Raum 12 erhöht werden, ohne die an die Ätzelektrode 2 angelegte elektrische Leistung zu vergrößern. Ferner vergrößert die Erhöhung der Plasmakonzentration die Anzahl von in dem Raum 12 erzeugten Ionen, und folglich wird die Anzahl von auf das Substrat 3 aufschlagenden Ionen vergrößert und dadurch die Ätzgeschwindigkeit vergrößert.

Im Fall des in Fig. 3 gezeigten Beispiels, bei welchem die Magneteinrichtung 13 vorgesehen ist, kann das dadurch gebildete Magnetfeld das Plasma 8 daran hindern, radial in den peripheren offenen Bereich 12a zu diffundieren, und folglich kann die Plasmakonzentration weiter erhöht werden, und die Ätzgeschwindigkeit des Substrats 3 kann weiter verbessert werden.

Es wurden verschiedene Versuche zur Messung spezifischer Ätzgeschwindigkeiten durchgeführt und die in Fig. 4

gezeigten Meßergebnisse erhalten. Eine Kurve A zeigt Ätzgeschwindigkeiten, die mit dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Beispiel erhalten wurden, eine Kurve B zeigt Ätzgeschwindigkeiten, die mit dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel erhalten wurden, bei welchem die gegenüberliegende Elektrode 9 in dem offenen Zustand vorgesehen ist,und Kurven C, D, E zeigen Ätzgeschwindigkeiten, die durch das in Fig. 3 gezeigte Beispiel erhalten wurden, bei welchem nicht nur die gegenüberliegende Elektrode 9 in dem offenen Zustand vorgesehen ist, sondern auch die Magneteinrichtung 13. Die Kurve C zeigt den Fall, daß die Intensität des Magnetfeldes in Axialrichtung in der Mitte des peripheren offenen Bereichs 12a 20 Gauss beträgt, die Kurve D zeigt den Fall, in welchem das Magnetfeld in der Mitte 40 Gauss beträgt, und die Kurve E zeigt den Fall, in welchem das Magnetfeld in der Mitte 60 Gauss beträgt.

Diese Versuche sind unter der Bedingung durchgeführt worden, daß der Druck in der Vakuumkammer 1 2 χ 10 Torr beträgt, die Strömungsgeschwindigkeit von Ar-Gas 30 SCCM beträgt, die Ätzelektrode 2 eine kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von 180 mm ist, die gegenüberliegende Elektrode 9 eine kreisförmige Platte mit einer Durchmesser von 200 mm ist, der Abstand zwischen den beiden Elektroden 2, 9 100 mm beträgt und die an die Ätzelektrode angelegte Leistung auf 200 W, 300 W, 400 W und 500 W eingestellt wird, welche in einem gewöhnlichen herkömmlichen Fall verwendet werden.

Daraus ist ersichtlich, daß die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erhaltene Ätzgeschwindigkeit, wie mit den Kurven B, C, D, E gezeigt, höher ist als die mit dem herkömmlichen Beispiel erhaltene Ätzgeschwindigkeit, wie ■ in Kurve A gezeigt, wenn die an die Elektrode 2 angelegte Leistung konstant ist, und daß die durch die Vorrichtung der Erfindung erhaltene Ätzgeschwindigkeit genauso groß oder größer ist als die mit der herkömmlichen Vorrichtung

erhaltene Ätzgeschwindigkeit, selbst wenn die angelegte elektrische Leistung verringert wird.

Erfindungsgemäß kann also mit Verminderung der angelegten elektrischen Leistung die Energie von auf das Substrat aufschlagenden Ionen vermindert werden, so daß die Verletzung des Substrats durch die aufschlagenden Ionen vermindert werden kann und gleichzeitig bei vergleichsweise niedriger elektrischer Leistung kein Gitterfehler an dem Substrat 3 erzeugt wird.

Mit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist ein Versuch durchgeführt worden und auf das Siliciumsubstrat eine Ätzbehandlung über 2 min angewandt worden, unter der Bedingung, daß die angelegte elektrische Leistung 200 Watt beträgt und das Magnetfeld in Axialrichtung in der Mitte der peripheren offenen Bereichs 12a 60 Gauss beträgt; als Ergebnis ist bestätigt worden, daß kein Gitterfehler in dem Substrat 3 erzeugt wird. Das bedeutet, daß die Vorrichtung der Erfindung geeignet ist, ein feines Muster auf der Oberfläche des Substrats 3 durch die Ätzbehandlung zu bilden.

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung ist also eine gegenüberliegende Elektrode so angeordnet, daß sie sich in elektrisch offenem Zustand befindet und einer Zerstäubungsätzelektrode gegenübersteht, so daß ein in dem Raum zwischen den beiden Elektroden erzeugtes Plasma am Diffundieren nach vorn gehindert werden kann, was zu einer Erhöhung in seiner Konzentration führt, und folglich die Ätzteschwindigkeit vergrößert werden kann, ohne die Ätzelektrode mit höherer elektrischer Leistung zu beaufschlagen; und zusätzlich kann das Potential der Ätzelektrode abgesenkt werden, und dadurch kann die Energie von auf das Substrat aufschlagenden Ionen abgesenkt werden, um seine Verlerzung zu vermeiden. Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist zusätzlich eine Magneteinrichtung zur Herstellung eines Magnetfeldes vor-

M-

1 gesehen, um das Plasma in dem es umgebenden Raum zu beschränken, so daß es weiter daran gehindert werden kann zu diffundieren, und folglich kann die Ätzgeschwindigkeit weiter verbessert werden, und die Verletzung des

5 Substrats kann weiter vermindert werden.

Claims

Ansprüche

1/. Zerstäubungsätzvorrichtung, bei welcher in einer Vakuumkammer eine Zerstäubungsätzelektrode zum Tragen eines Substrats angeordnet ist, die dafür vorgesehen ist, mit Gleichspannungs- oder Kochfrequenzleistung beaufschlagt zu werden, um vor ihr ein Plasma zur Anwendung einer Zerstäubungsätzbehandlung an dem Substrat zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenüberliegende Elektrode (9), welche sich in elektrisch offenem Zustand befindet, so angeordnet ist, daß sie der Zerstäubungsätzelektrode (2) derart gegenübersteht, daß das Plasma (8) auf einem zwischen den beiden Elektroden (2, 9) gebildeten Raum (12) eingeschränkt werden kann.

-2-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magneteinrichtung (13) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist, das sich in Axialrichtung entlang einem peripheren offenen Bereich (12a) erstreckt, welcher den zwischen den beiden Elektroden

(2, 9) gebildeten Raum (12) umgibt, so daß das Plasma (8) auf den Raum beschränkt werden kann, der nicht nur durch die beiden Elektroden (2, 9), sondern auch durch das umgebende Magnetfeld definiert wird. 10
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung, mit der die Zerstäubungsätzelektrode (2) zu beaufschlagen ist, eine Hochfrequenzleistung von 200 bis 500 W ist und daß die Intensitat des Magnetfeldes in Axialrichtung in der Mitte des peripheren offenen Bereichs (12a) 20 bis 60 Gauss beträgt.