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EP1112587A1 - Device and method for etching a substrate by means of an inductively coupled plasma - Google Patents

Device and method for etching a substrate by means of an inductively coupled plasma

Info

Publication number
EP1112587A1
EP1112587A1 EP00949074A EP00949074A EP1112587A1 EP 1112587 A1 EP1112587 A1 EP 1112587A1 EP 00949074 A EP00949074 A EP 00949074A EP 00949074 A EP00949074 A EP 00949074A EP 1112587 A1 EP1112587 A1 EP 1112587A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
power
substrate
plasma
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00949074A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Becker
Franz Laermer
Andrea Schilp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1112587A1 publication Critical patent/EP1112587A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the invention relates to a device and a method which can be carried out therewith for etching a substrate, in particular a silicon body, by means of an inductively coupled plasma according to the category of the independent claims.
  • the application DE 199 00 179 already describes an inductive plasma source which has been further developed compared to DE 42 41 045 C2 and which is suitable for particularly high plasma powers by means of a loss-free symmetrical high-frequency supply of the coil of the inductive plasma source, and which generates an inductive plasma which is particularly useful is poor in interference.
  • this type of source there is a practicable power limit of about 3 k att to 5 k att, above which the required high-frequency components become extremely expensive or problems regarding the plasma stability become excessive.
  • Such an adiabatic power transition i.e. A gradual start-up or reduction of the coupled plasma power, with simultaneous continuous adaptation of the impedance of the ICP source to the respective plasma impedance dependent on the coupled plasma power by means of an automatic matching network or an impedance transformer (“matchbox”) makes it possible to explain the problems relating to power reflection and voltage increase when switching on and off plasma powers in the range from 1 kWatt to 5 kWatt.
  • a typical duration of the switch-on processes is in the range from 0.1 sec to 2 sec. Faster power changes are not possible with this approach.
  • the device according to the invention and the method carried out therewith has the advantage over the prior art that it is a variably adjustable, pulsed
  • High-frequency power is generated, which can be coupled as plasma power into the inductively coupled plasma, the pulsing of the plasma power taking place very quickly, for example within microseconds, and at the same time being associated with power changes of several thousand watts.
  • the pulsation of the plasma power continues with a significant improvement in the economy of the ICP source connected and opens the possibility to reduce the mean plasma power without reducing the etching rate or to increase the etching rate with unchanged mean plasma power. Furthermore, pulsing the plasma power can effectively reduce electrical interference effects from the source area of the ICP source.
  • the plasma plasma system according to the invention is provided with a balanced, symmetrically constructed and symmetrically powered configuration of the ICP source. In this way, the homogeneity of the etching rates over the surface of the substrate is significantly improved and the electrical coupling of high plasma powers into the generated plasma is considerably simplified.
  • This magnetic field significantly improves the use of the coupled high-frequency power to generate the desired plasma species (electrons, ions, free radicals), ie the efficiency of the plasma generation , Therefore, at same plasma power, significantly higher etching rates are possible.
  • a particularly good guidance of the generated plasma through the magnetic field and a particularly low penetration of the generated magnetic field onto the substrate itself to be etched further advantageously results if an aperture is also provided, which is arranged concentrically to the inner wall of the reactor, preferably about 5 cm is arranged above the substrate arranged on a substrate electrode.
  • This aperture leads to an improved uniformity of the etching over the substrate surface and at the same time avoids in the case of a time-varying magnetic field high induced voltages in the substrate to be etched, which may damage electronic components there.
  • Plasma power can vary the frequency of the generated alternating electromagnetic field, since it enables a particularly fast switchover between plasma power pulses and pulse pauses.
  • This frequency variation advantageously prevents high reflected powers occurring back into the ICP coil generator when the plasma power is pulsed, in particular in times of a rapidly changing coupled plasma power, ie in the case of pulse-to-pause transitions.
  • Another major advantage of an impedance matching that is as good as possible at all times via a variable frequency of the high-frequency power of the ICP coil generator is that this frequency change is very great can be carried out quickly since it is only limited by the control speed of an electronic circuit which carries out the frequency variation.
  • Response times or very rapid changes in the output power of the ICP coil generator in the microsecond range are thus possible in a stable manner, which makes it possible to work with plasma power pulses during the etching and / or passivation steps, the duration of which is in the microsecond range.
  • the device according to the invention also ensures the impedance matching of inductively coupled plasma or ICP source and ICP coil generator at all times in this case.
  • Plasma power pulses achieve a much higher plasma density than with continuous operation. This is due to the fact that the generation of an inductive plasma is a highly non-linear process, so that the average plasma density in this pulsed operating mode is higher than with an average plasma power corresponding to the time average. Therefore, based on the time average, more reactive species and ions are effectively obtained in pulse mode than in continuous wave mode. This is especially true when so-called "giant pulses" are used, ie relatively short and extremely powerful high-frequency power pulses of, for example, 20 kWatt peak power, as is now possible with the device according to the invention, the mean plasma power then being, for example, only 500 watts.
  • Another advantage of pulsed operation of the ICP source is that, in the pauses between the high-frequency power pulses, disruptive electrical charges can be discharged on the substrate to be etched, and thus the overall profile control during etching is improved.
  • the pulsing of the generated magnetic field is temporally correlated or synchronized with the pulsing of the injected plasma power and / or the pulsing of the high-frequency power injected into the substrate via the substrate voltage generator.
  • the temporal synchronization of the pulsation of the magnetic field and the coupled plasma power results in a significant reduction in the ohms occurring in the magnetic field coil, see heat losses, which alleviates problems of cooling and temperature control of the magnetic field coil.
  • the current through the magnetic field coil can also be pulsed, for example with a pulse-to-pause ratio of 1:18, which advantageously means that the required Heat dissipation from the magnetic field coil reduced to 1/18 of the original value. At the same time, the consumption of electrical energy drops accordingly.
  • FIG. 1 shows a schematic plasma setting system
  • FIG. 2 shows an electronic one
  • Figure 3 shows an example of a filter characteristic
  • Figure 4 shows an example of a time synchronization of high-frequency plasma power pulses coupled into the plasma with magnetic field pulses
  • Figure 5 shows one in the
  • FIG. 6 an equivalent circuit diagram for the generation of the substrate electrode voltage and FIG. 7, the change in the substrate electrode voltage during a high-frequency power pulse as a function of the number of oscillation periods.
  • a plasma set 5 initially has a reactor 15, in the upper region of which in an inductively coupled plasma 14 is generated in a manner known per se via an ICP source 13 (“Inductively Coupled Plasma”). Furthermore, there is a gas supply 19 for supplying a reactive gas such as SF 6 , C1F 3 , 0 2 , CF 8 , C 3 F 6 , SiF 4 or NF 3 , a gas discharge 20 for the removal of a reactive gas such as SF 6 , C1F 3 , 0 2 , CF 8 , C 3 F 6 , SiF 4 or NF 3 , a gas discharge 20 for the removal of
  • a substrate 10 for example a silicon body or silicon wafer to be structured with the etching method according to the invention
  • a substrate electrode 11 in contact with the substrate 10
  • a substrate voltage generator 12 couples a high-frequency alternating voltage or high-frequency power into the substrate electrode 11 and above that into the substrate 10, which accelerates the inductively coupled
  • Plasma 14 generated ions on the substrate 10 causes.
  • the high-frequency power or alternating voltage coupled into the substrate electrode 11 is typically between 3 watts and 50 watts or 5 volts and 100 volts in continuous wave mode or in pulsed mode in the time average over the pulse sequence.
  • an ICP coil generator 17 is provided, which is connected to a second impedance transformer 18 and above that to the ICP source 13.
  • the ICP source 13 generates a high-frequency alternating electromagnetic field and above it in the reactor 15 an inductively coupled plasma 14 composed of reactive particles and electrically charged particles (ions), which are created by the action of the high-frequency alternating electromagnetic field on the reactive gas.
  • the ICP source 13 has a coil with at least one turn.
  • the second impedance transformer 18 is preferably designed in the manner proposed in the application DE 199 00 179.0, so that a balanced, symmetrical configuration and supply of the ICP source 13 via the ICP coil generator 17 is provided.
  • the center tap 26 of the coil of the ICP source 13, as indicated in FIG. 2, is preferably grounded.
  • the plasma etching system 5 also carries out, for example, the anisotropic high rate etching process known from DE 42 41 045 C2 for silicon with alternating etching and passivation steps.
  • the anisotropic high rate etching process known from DE 42 41 045 C2 for silicon with alternating etching and passivation steps.
  • the plasma deposition system 5 which is known from the prior art as far as described so far, and of the etching process carried out therewith, in particular with regard to the reactive gases, the process pressures and the substrate electrode voltages in the respective etching steps or passivation steps therefore, reference is made to DE 42 41 045 C2.
  • the plasma set 5 according to the invention is also suitable for process control as described in the application DE 199 27 806.7.
  • the passivation steps in the reactor 15 are passivated with a process pressure of 5 ⁇ bar to 20 ⁇ bar and with an average plasma power of 300 to 1000 watts coupled into the plasma 14 via the ICP source 13.
  • C 4 F 8 or C 3 F 6 is suitable as the passivating gas.
  • a process pressure of 30 ⁇ bar to is then during the subsequent etching steps 50 ⁇ bar and a high mean plasma power of 1000 to 5000 watts.
  • SF 6 or C1F 3 is suitable as the reactive gas.
  • mean plasma power is always understood to mean a coupled-in plasma power averaged over a large number of plasma power pulses.
  • a so-called “spacer” is placed as a spacer 22 made of a non-ferromagnetic material such as aluminum.
  • This spacer 22 is inserted concentrically into the wall of the reactor 15 as a spacer ring and thus forms the reactor wall in some areas a typical height of approx. 5 cm to 30 cm with a typical diameter of the reactor 15 of 30 cm to 100 cm.
  • the spacer 22 is further surrounded by a magnetic field coil 21, which has, for example, 100 to 1000 turns and is wound from a copper wire that is sufficiently thick for the amperage to be used.
  • a magnetic field coil 21 which has, for example, 100 to 1000 turns and is wound from a copper wire that is sufficiently thick for the amperage to be used.
  • copper pipes can be included in the magnetic field coil 21 through which cooling water flows in order to dissipate heat losses from the magnetic field coil 21.
  • the magnetic field coil 21 itself out of a thin copper tube which is coated with an electrically insulating material and through which cooling water flows directly.
  • An electric current of, for example, 10 to 100 amperes is passed through the magnetic field coil 21 via a power supply unit 23.
  • this is, for example, a direct current which generates a static magnetic field inside the reactor 15, which in the case of a magnetic field coil 21 with 100 turns and a length of 10 cm and a diameter of 40 cm, for example, a magnetic field strength in the center of the magnetic field coil 21 of about 0.3 m Tesla / A current flow generated.
  • magnetic field strengths of 10 mT to 100 mT, for example 30 mT are required. This means that the power supply unit 23 provides current strengths of approximately 30 to 100 amperes at least during the etching steps for etching a substrate 10.
  • a permanent magnet can also be used.
  • a permanent magnet advantageously does not require any energy, but has the disadvantage that it is not possible to set the magnetic field strength, which is advantageous for setting an optimal etching process.
  • the field strength of a permanent magnet is temperature-dependent, so that the magnetic field coil 21 is preferred.
  • the direction of the magnetic field generated via the magnetic field coil 21 or the permanent magnet is at least approximately or predominantly parallel to that through the connecting line of substrate 10 and inductively coupled plasma 14 or the
  • Plasma excitation zone is defined direction (longitudinal magnetic field orientation).
  • a further advantageous embodiment of the exemplary embodiment explained provides that, in order to improve the uniformity of the etching process, an aperture known from DE 197 34 278 inside the reactor 15 concentric with the reactor wall between the ICP source 13 or the plasma excitation zone and the substrate 10 is attached.
  • This aperture is in Figure 1 for the sake of
  • spacer 22 is preferably attached to the spacer 22 (“spacer”) about 5 cm above the substrate electrode 11 or the substrate 10.
  • a suitable, known monitoring device must be integrated into the power supply unit 23, which is integrated into the process sequence control and monitors the coil temperature and performs an emergency shutdown, for example in the event of cooling water failure.
  • the ICP coil generator 17 continues to couple a pulsed plasma power into the inductively coupled plasma 14 during the etching steps and / or during the passivation steps, which average time is between a minimum of 300 watts and a maximum of 5000 watts. Preferably, 2000 watts are coupled in during the etching steps on average and 500 watts during the passivation steps.
  • the impedance of the high-frequency power generated by the ICP coil generator 17 is continuously adapted to the plasma impedance that changes with changing, ie pulsed plasma power.
  • the frequency of the high-frequency alternating electromagnetic field, which the ICP coil generator 17 generates is varied within a predetermined bandwidth for impedance matching.
  • the matching network which is preferably constructed symmetrically and feeds the ICP source 13 symmetrically, is initially set in the second impedance transformer 18 in such a way that the best possible impedance matching is always given when the coupled-in high-frequency plasma power pulses have reached their maximum values.
  • Typical maximum values of the high-frequency plasma power pulses are between
  • the frequency variation of the coupled electromagnetic alternating field takes place such that when the maximum values of the high-frequency plasma power pulses are reached, the stationary or resonant frequency 1 ⁇ ⁇ of the high-frequency alternating electromagnetic field generated by the ICP coil generator 17 is reached.
  • the stationary frequency 1 , ⁇ is preferably 13.56 MHz.
  • the variation of the frequency of the electromagnetic alternating field around the stationary frequency 1 xx when pulsing the plasma power is carried out to ensure that when pulsing the plasma power always an at least extensive adaptation of the impedance of the generated high-frequency power or the ICP coil generator 17 to the respective, itself temporal as a function of plasma performance changing impedance of the plasma 14 is given.
  • the frequency of the ICP coil generator 17 is released within a certain bandwidth around the stationary frequency 1 ⁇ ⁇ and varied within this bandwidth by control electronics for impedance matching.
  • a filter characteristic curve 1 ⁇ which specifies a preset frequency range (bandwidth) within which the frequency of the ICP coil generator 17 is varied, each frequency having a certain high-frequency power or plasma power to be coupled in or a damping A is assigned to the power of the ICP coil generator 17.
  • the frequency to be achieved in the stationary case is
  • Stationary frequency l , ⁇ which is at least approximately present when the respective maximum power of the pulse is reached during a plasma power pulse.
  • the ICP source 13 ie specifically its coil
  • the matching network 2 is part of the second impedance transformer 18.
  • the ICP coil generator 17 also has a high-frequency power amplifier 3 and a quartz oscillator 4 for generating a high-frequency fundamental with a fixed frequency of, for example, 13.56 MHz.
  • the high-frequency fundamental oscillation of the quartz oscillator 4 is normally fed into the amplifier input of the power amplifier 3 in the prior art. However, this feed is first modified in such a way that the quartz oscillator 4 from the amplifier input of the power amplifier 3 at least during the
  • quartz oscillator 4 in the stationary case, i.e. after completion of a power variation, switch back to the amplifier input and disconnect the external feedback loop.
  • the power amplifier 3 also has generator control inputs 9, which are used for external control of the ICP coil generator 17, in a known manner. It is also possible, for example, to switch the ICP coil generator 17 on and off or to specify a high-frequency power to be generated for coupling into the plasma 14.
  • generator status outputs 9 ⁇ are provided for feedback of generator data, such as generator status, current output power, reflected power, overload, etc., to an external control device (machine control) (not shown) or the power supply unit 23 of the plasma generator 5.
  • the amplifier input of the power amplifier 3 is now connected in the sense of a feedback circuit at least temporarily, ie during power change phases, to the ICP source 13 via a frequency-selective component 1.
  • capacitors, inductors and resistors or combinations thereof can be connected and provided in a manner known per se as a voltage divider, in order to convert the high voltages that occur at the coil of the ICP source 13 to an input variable for the frequency-selective component 1 or to weaken the amplifier input of the power amplifier 3 suitable dimension.
  • voltage dividers are state of the art and are only indicated in FIG. 2 by a coupling-out capacitor 24 between the coil of the ICP source 13, ie a signal tap 25 and the frequency-selective component 1.
  • the signal tap 25 can alternatively also be moved into the vicinity of the grounded center or center tap 26 of the coil of the ICP source 13, where correspondingly lower voltage levels prevail.
  • the distance of the signal tap 25 which can be designed, for example, as an adjustable clamping contact, from the grounded center tap 26 of the coil of the ICP source 13, a greater or lesser tapped voltage can be set and favorable level relationships can thus be achieved.
  • the frequency-selective component 1 is shown as an example as a tunable arrangement of coils and capacitors, so-called LC resonance circuits, which together form a bandpass filter.
  • This bandpass filter has a certain predetermined bandwidth as a passband of, for example, 0.1 MHz to 4 MHz and a filter characteristic curve ⁇ , as is shown schematically in FIG.
  • the bandpass filter has a resonance or stationary frequency 1 , ⁇ with maximum signal transmission.
  • This stationary frequency 1 ⁇ ⁇ amounts to 13.56 MHz in the example explained and can in particular be an additional one with a quartz crystal 6 or a piezoceramic filter element
  • Component of the bandpass filter can be precisely defined.
  • the arrangement described above of regulated power amplifier 3, matching network 2, ICP source 13 and band filter represents a feedback circuit in the manner of a Meissner 'see oscillator. This oscillates during operation first in the vicinity of the stationary frequency 1 ⁇ ⁇ in order to focus on one to rock out the predetermined output power of the power amplifier 3.
  • the phase relationship between the generator output and the signal tap 25 required for the oscillation is previously set once, for example via a delay line 7 of defined length and thus via a phase shift defined by the signal transit time or a phase shifter known per se instead of the delay line 7. This always ensures that the coil of the ICP source 13 is optimally evaporated with a correct phase.
  • the resonance condition of the feedback circuit via the frequency-selective component 1 is otherwise not sharp, so that in many cases a slight frequency shift in the vicinity of the resonance or stationary frequency l , ⁇ is sufficient to quasi automatically correct the resonance condition with regard to the phase. It is therefore sufficient to only approximately correct the resonance condition by the external wiring so that the resonance circuit swings up somewhere in the immediate range of its stationary frequency l ⁇ .
  • the explained feedback loop can be located within the pass band of the bandpass filter
  • the frequency of the ICP coil generator 17 will return to near or to the value of the maximum pass frequency, which is given by the stationary frequency 1 , ⁇ .
  • This adaptation of the impedance by frequency variation takes place automatically and very quickly within a few oscillation periods of the high-frequency alternating voltage generated by the ICP coil generator, ie in the microsecond range.
  • connection between the output of the power amplifier 3 and the input of the second impedance transformer 18 is otherwise provided by the line 8, which is designed as a coaxial cable and is capable of carrying a power of a few kWatt.
  • the output power of the ICP coil generator 17 is switched on and off, for example, periodically with a repetition frequency of typically 10 Hz to 1 MHz, preferably 10 kHz to 100 kHz. pulsed.
  • the amplitude of the Hull curve of the output voltage of the ICP coil generator 17 can be modulated with a suitable modulation voltage.
  • Such devices for amplitude modulation are well known from high frequency technology.
  • the generator control input 9 is used, for example, to set the target value for the high-frequency power of the ICP Coil generator 17 is used to feed the signal that modulates the high-frequency power of the ICP coil generator 17.
  • the ICP coil generator 17 and the other affected components of the plasma generator 5 when pulsing the plasma power must be designed so that they can handle the peak loads (current and voltage peaks) without damage. Due to the high voltage peaks at the inductive coil, the balanced supply of the ICP source 13 has a particularly advantageous effect on the maintenance of favorable plasma properties.
  • Typical pulse-to-pause ratios i.e. the ratio of the time duration of the pulses to the time duration of the pulse pauses in the plasma etching process with pulsed plasma power explained is otherwise between 1: 1 and 1: 100.
  • the amplitude of the individual high-frequency power pulses for generating the plasma power pulses is expediently between 500 watts and 20,000 watts, preferably approximately 10,000 watts, the mean plasma power being set, for example, by adjusting the pulse-to-pause ratio.
  • a further exemplary embodiment provides in a continuation of the exemplary embodiment explained above that the magnetic field generated via the magnetic field coil 21 is now also pulsed.
  • a constant or pulsed magnetic field is advantageous for the method according to the invention for plasma etching with plasma power pulses, but is not essential.
  • an additional magnetic field can also be dispensed with.
  • the pulsation of the magnetic field which is produced in a simple manner via corresponding current pulses generated by the power supply unit 23, is particularly preferably carried out in such a way that the magnetic field is only generated when a high-frequency power pulse for generating or coupling plasma power into the inductively coupled plasma is also generated at the same time 14 is pending at the ICP source 13. As long as no plasma power is coupled in or no plasma is excited, no magnetic field support is usually required.
  • Such a temporal synchronization of high-frequency power pulses for coupling plasma power into the plasma 14 and current pulses through the magnetic field coil 21 is explained with the aid of FIG. 4.
  • the coil current through the magnetic field coil 21 is switched on shortly before a high-frequency power pulse and switched off again shortly after the end of this pulse.
  • the temporal synchronization of the current or plasma power pulses can be ensured in a simple manner by means of a pulse generator known per se, for example integrated into the power supply unit 23, which is provided with additional timing elements in order to provide the plasma power pulse with a certain delay of, for example, 10% of the set one
  • a connection between the power supply unit 23 and the ICP coil generator 17 is also provided.
  • Such synchronization circuits and corresponding timers for Production of the time delays required are state of the art and generally known.
  • the power supply unit 23 is further connected to the ICP coil generator 17. It should also be emphasized that the duration of a current pulse through the magnetic field coil 21 is advantageously always somewhat longer than the duration of a plasma power pulse.
  • Typical repetition rates or pulse rates are based on the inductance of the magnetic field coil 21, which
  • Rate of change of the coil current is limited. A repetition rate of a few 10 Hz to 10 kHz, depending on their geometry, is realistic for most magnetic field coils 21. Typical pulse-to-pause ratios for the plasma power pulses are between 1: 1 and 1: 100.
  • the aperture known from DE 197 34 278.7 and already explained above below the magnetic field coil 21 a few cm above the substrate 10 or the substrate electrode 11 which carries the substrate 10.
  • This aperture on the one hand significantly improves the uniformity of the etching across the substrate surface, in particular with a symmetrically fed ICP source 13. At the same time, it also reduces the time-variable magnetic field - the transients - at the location of the substrate 10.
  • Eddy currents in the aperture ring of the aperture lead to an evaporation of the time-variable magnetic field components immediately in front of the substrate 10, so that induction processes on the substrate 10 itself are weakened.
  • Such changing magnetic fields could induce voltages on antenna structures on the substrate 10, which in turn can lead to damage to the substrate 10 if it does so for example, has integrated circuits or in particular field effect transistors.
  • a further exemplary embodiment provides, in a continuation of the above exemplary embodiments, that in addition to the pulsing of the plasma power via the ICP coil generator, if appropriate as explained above with simultaneous use of a temporally constant or pulsed magnetic field, now also the one applied to the substrate 10 via the substrate electrode 11. of the
  • High voltage power generated by the substrate voltage generator 12 is pulsed, and that these pulsations of plasma power and substrate voltage or of plasma power, substrate voltage and magnetic field are in particular synchronized with one another.
  • the pulsing of the pulsed high-frequency power coupled into the substrate electrode 11 preferably takes place in such a way that high-frequency power is coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12 only during the duration of the plasma power pulses generated via the ICP coil generator 17.
  • Plasma power pulse i.e. at maximum plasma density of positively charged ions and electrons.
  • the pulsing of the high-frequency power coupled into the substrate electrode 11 can, however, also take place in such a way that one or more
  • Substrate voltage generator pulses are only applied during the pulse pauses of the plasma power pulses.
  • the one coupled in via the substrate voltage generator High-frequency power is coupled in when the plasma generation is not active, i.e. with a minimum density of positively charged ions and electrons, but a maximum density of negatively charged ions, so-called anions, which result from the recombination of electrons and
  • substrate electrode power is activated in the form of one or more pulses, this leads to desirable wafer effects on the substrate 10 to be processed in certain applications, such as, for example, in the case of an etch stop on a buried dielectric such as SiO 2 with a simultaneously high aspect ratio of the trench trench produced, which in particular caused by the increased exposure to negatively charged ions, which otherwise
  • Plasma etching processes play practically no role.
  • special implementation of this temporal correlation of plasma power pulses and high-frequency power pulses coupled into the substrate electrode 11 is provided in that the plasma generation takes place essentially in a continuous wave and is only switched off briefly in each case in order to within this short switch-off pause of the ICP coil generator 17 to couple a high-frequency power pulse into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12.
  • the ICP coil generator 17 is thus periodically briefly interrupted with the repetition frequency of the appearance of the substrate voltage generator pulses for a period of time that is longer, in particular slightly longer than the pulse duration of the
  • Substrate voltage generator pulse is.
  • the pulse-to-pause ratio of the ICP coil generator 17 is typically 1: 1 to 20: 1.
  • the substrate voltage generator pulses can thus be coupled in both during the plasma power pulses and during the plasma power pauses, i.e. for example, one substrate voltage generator pulse is generated during a plasma power pulse and another during a plasma power pause
  • Substrate voltage generator pulse set The ratios of the pulse numbers of the substrate voltage generator 12 in the phases “plasma on” and “plasma off” can be chosen largely freely in individual cases.
  • the substrate voltage generator pulses only during falling and / or rising pulse edges of the plasma power pulses, ie when the "afterglow phase” begins or when the plasma generation starts up.
  • the optimum correlation of plasma power pulses and substrate voltage generator pulses in each case must be determined by the person skilled in the art in individual cases for the respective etching process or the respectively etched substrate on the basis of simple test statutes.
  • the temporal synchronization or correlation of the high-frequency power pulses coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 17 with the plasma power pulses is very particularly preferably such that the pulse duration of the
  • High-frequency power pulses are set so short that a single pulse only lasts a few oscillation periods, in particular less than 10 oscillation periods, of the high-frequency fundamental oscillation of the high-frequency alternating voltage generated in the substrate voltage generator.
  • a frequency of 13.56 MHz is used for the basic oscillation of the high-frequency power pulses to be coupled into the substrate, so that the duration of one oscillation period of the high-frequency basic oscillation is approximately 74 ns. In the case of 10 oscillation periods, this results in a pulse duration of the substrate voltage generator pulses of only 740 ns.
  • a repetition frequency of the individual pulses of the substrate voltage generator pulses of, for example, 200 kHz, corresponding to a pulse interval of 5000 ns, and a pulse length of, for example, 500 ns, i.e. approximately 7 oscillation periods of the high-frequency fundamental of 13.56 MHz, a pulse-to-pause ratio of 1: 9 set.
  • a pulse-to-pause ratio 1: 9 set.
  • High-frequency power therefore requires a maximum power of the substrate voltage generator pulses of 200 watts, which is obtained via correspondingly large high-frequency amplitudes.
  • substrate voltage generator pulses can also be much lower or much higher, for example up to Reach 1200 watts.
  • the high-frequency power coupled into the substrate 10 on average over time then amounts in the illustrated example to one tenth of the respective maximum value of the individual pulses.
  • the maximum value of the power of an individual substrate voltage generator pulse is thus available as a parameter for setting the high-frequency power coupled into the substrate 10 over time. Therefore, either the maximum power during the
  • Substrate voltage generator pulses are set to a fixed value of, for example, 1 kWatt and the pulse-to-pause ratio is regulated in such a way that a preset mean value of the high-frequency power in the
  • Substrate 10 is coupled, or vice versa, the pulse-to-pause ratio is fixed and the maximum power during the substrate voltage generator pulses are regulated accordingly so that this temporal average power value is reached.
  • a setpoint specification of the high-frequency power to be coupled into the substrate 10 of the machine control of the plasma generator 5 is converted into an analog voltage quantity
  • Repetition frequency of individual pulses implemented so that the average power output from the substrate voltage generator 12 and reported back to the machine controller corresponds exactly to the setpoint value as a time average.
  • V / f converter construction systems voltage / frequency converters
  • VCOs voltage controlled oscillator
  • the generation of high-frequency pulses in the specified short-term range with the substrate voltage generator 12 is per se technically relatively unproblematic, since high-frequency generators are commercially available which have a rise and fall time of 30 ns and can handle pulse durations of 100 ns at peak powers up to several kilowatts.
  • high-frequency power pulses in the range of a few hundred nanoseconds are preferably generated in such a way that the high-frequency signal always looks the same within a single pulse.
  • three full high-frequency oscillation periods of the 13.56 MHz basic oscillation are always cut out for an individual pulse so that the high-frequency signal curve begins at the beginning of each individual pulse with a zero crossing and an increasing sine and at the end of the
  • This synchronization of the individual pulse curve and the course of the high-frequency basic oscillation can alternatively also take place in such a way that a positive sine half-wave of the high-frequency basic oscillation begins at the beginning of a single pulse and a positive half-wave ends at the end of an individual pulse, i.e. the single pulse comprises a larger number of positive ones Half sine waves as negative half sine waves.
  • a corresponding number of negative sine half-waves as positive sine half-waves can be combined into one by corresponding synchronization under otherwise identical conditions
  • Single pulse can be placed by the single pulse begins and ends with a negative sine half-wave of the high-frequency signal.
  • Substrate voltage generator 17 generated high-frequency pulse to stochastic deviations in the signal curves of the individual pulses and in particular to slowly fluctuating conditions with regard to the number of positive and negative sine half-waves, which negatively affects the reproducibility of the entire etching process.
  • the electronic circuit explained with the aid of FIG. 5 is preferably additionally integrated with the substrate voltage generator 12 in this exemplary embodiment in order to synchronize the individual pulses with the high-frequency fundamental oscillation.
  • the circuit according to FIG. 5 initially provides a control device 32 with an integrated frequency generator, which specifies a square-wave signal with the frequency with which the individual pulses are to be coupled into the substrate 10, for example 200 kHz.
  • this repetition frequency can alternatively also - from the setpoint specification - with a permanently preselected pulse peak power of the substrate voltage generator 12 an average power of the system control of the plasma set 5 are derived in such a way that the average power given by the substrate voltage generator 12 in the form of individual pulses and reported back to the machine control as the setpoint
  • Average power corresponds to what is achieved, for example, by a simple voltage-frequency conversion with appropriate calibration.
  • control device 32 is then first converted into an assigned frequency in a U / f converter device 34 known per se and at the same time applied to the D input and the clear input (CLR input) of a D flip-flop 35.
  • the D flip-flop 35 thus remains erased (O level at Clear) and cannot be set (O level at D input) as long as the square wave voltage is at an O level.
  • an oscillator voltage of a high-frequency generator 31 which is suitably prepared under certain circumstances, is applied via an adjustable phase shifter 30 and generates a high-frequency AC voltage of, for example, 13.56 MHz.
  • this output is referred to as the CEX output (“common exciter”).
  • the D flip-flop 35 is set each time by the next, subsequent positive sine half-wave of the high-frequency AC voltage of the RF generator 31 and remains set until the square-wave signal of the frequency generator goes from 1 to 1 again 0 switches back and resets the D flip-flop 35 by means of the O level via the clear input.
  • the output of the D flip-flop 35 is further connected to the clock input of a monoflop 33 in such a way that the monoflop 33 simultaneously emits a single pulse when the D flip-flop 35 is set, the pulse duration of which is largely via a resistor-capacitor combination integrated in the monoflop 33 free, especially very short ie less than 100 ns can be selected.
  • Monoflops 33 are fed to the pulse input of the high-frequency generator 31 and, during the duration of the single pulse applied to the generator output 36, causes a high-frequency output pulse, i.e. one consisting of a few high-frequency oscillation periods
  • the output signal at the generator output 36 is always synchronous with the high-frequency fundamental oscillation of the internal high-frequency generator 31, so that the output signal of the substrate voltage generator 12 at the output 36, i.e. the substrate voltage generator pulses generated and coupled in via the substrate 10 always look the same.
  • Frequency generator only a single pulse of a selected duration is generated, which is synchronized to the high-frequency AC voltage of the high-frequency generator 31.
  • the substrate voltage generator thus generates 12 output pulses of adjustable duration and always the same
  • phase shifter 30 between the CEX output of the high-frequency generator 31 and the clock input of the D flip-flop 34 makes it possible to vary the phase position of the high-frequency oscillation periods contained in each individual pulse or output pulse of the high-frequency generator 31 within the pulse width.
  • the phase shifter can thus be adjusted in particular so that the high-frequency oscillation periods of the alternating voltage begin with the onset of the output pulse of the substrate voltage generator 12 and with the
  • each output pulse comprises just a whole number of oscillation periods or sine half-waves.
  • the phase shifter 30 is a coaxial cable of a defined length as a delay line.
  • the circuit described in FIG. 5 is merely an example. In their place, other devices, for example a synchronous divider, which divides the frequency of the generator-internal oscillator and derives individual pulses and pauses between the individual pulses, can also be used.
  • a synchronous divider which divides the frequency of the generator-internal oscillator and derives individual pulses and pauses between the individual pulses
  • bias voltage As is known, a negative is produced on a substrate electrode 11 which is exposed to a plasma 14 and to which a high-frequency voltage or high-frequency power is applied via the substrate voltage generator 12 DC voltage against the plasma 14 and against earth potential.
  • This direct voltage called “bias voltage” or “self-bias” results from the different mobility of electrons and positive ions in the alternating electric field. While the light ones
  • Electrons instantaneously follow the high-frequency alternating field and can very easily reach the substrate electrode 11 during the positive half-waves of the alternating voltage, this is less and less possible for the much heavier positive ions during the negative half-waves of the alternating voltage with increasing frequency of the alternating electrical field.
  • the substrate electrode 11 is negatively charged by the excess of incoming electrons compared to the incoming positive ions until the charge becomes saturated and, on average, as many electrons as positively charged ions reach the substrate electrode 11.
  • the substrate electrode voltage corresponds to this saturation value of the negative charge.
  • FIG. 6 shows a simple electrical equivalent circuit diagram for a substrate electrode surface element 37 which is exposed to a plasma 14 and is supplied with a high-frequency power from the substrate voltage generator 12.
  • the coupling to earth takes place via the plasma 14, which results from the parallel connection of resistor R and diode D is symbolized.
  • the diode D takes into account the effect of self-rectification through the different mobility of electrons and ions in the plasma 14, the resistance R of the
  • the capacitance C is essentially an apparatus constant of the structure of the substrate electrode 11.
  • a substrate electrode voltage builds up on the substrate electrode 11 at the beginning of each pulse, which after a number of high-frequency oscillation periods reaches a saturation value and remains there until the end of the pulse. After the end of the high-frequency oscillation package, this substrate electrode voltage then decays again during the pulse pause due to discharge processes.
  • a typical number of oscillation periods, which is required to achieve a stationary substrate electrode voltage, is at a high frequency of 13.56 MHz and a high-density inductively coupled plasma 14, which is in contact with the substrate electrode, at about 20 to 100 oscillation periods.
  • FIG. 7 shows how the substrate electrode voltage U B ⁇ as develops as a function of the number of oscillation periods n of the fundamental oscillation of the high-frequency AC voltage (13, 56 MHz) coupled into the substrate 10.
  • the level of local voltage ultimately reached in the event of saturation after many oscillation periods depends essentially on the effective resistance R (energy dissipation into the plasma) and the capacitance C of the capacitor
  • the saturation value of the substrate electrode voltage which occurs after many oscillation periods on the substrate surface, thus depends to a large extent on the plasma resistance R (see FIG. 6), ie on the energy dissipation into the plasma 14, which, however, is generally inhomogeneous laterally across the substrate 10.
  • the substrate surface 10 no longer represents an equipotential surface, but rather occurring voltage gradients from the center of the substrate to the edge of the substrate act as an electrical lens with respect to the plasma 14, which ultimately leads to a deflection of the ions accelerated to the substrate 10 from the vertical and thus to interference in the generated etching profiles leads.
  • Each substrate electrode power pulse thus starts from an identical, defined, discharged initial state of the substrate surface.
  • High-frequency peak performances are operated during the individual impulses.
  • phase shifter 31 high-frequency generator 32 control device 33 monoflop 34 U / f converter device 35 D flip-flop 36 generator output 37 substrate electrode surface

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Abstract

The invention relates to a method for etching a substrate (10), especially a silicon body, by means of an inductively coupled plasma (14) and to a device for the implementation of said method. To this end, a high-frequency electromagnetic alternating field is generated with an ICP source (13). Said field produces an inductively coupled plasma (14) consisting of reactive particles in a reactor (15). The inductively coupled plasma (14) is produced by the effect of the high-frequency electromagnetic alternating field on a reactive gas. A device is also provided by means of which the plasma power coupled with the ICP source (13) into the inductively coupled plasma (14) by means of the high-frequency electromagnetic alternating field can be pulsed in such a way that a pulsed high-frequency power can be coupled at least temporarily as plasma power into the inductively coupled plasma. The pulsed plasma power can also be combined or correlated with a pulsed magnetic field and/or a pulsed substrate electrode power.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Atzen eines Substrates mittels eines induktiv gekoppelten PlasmasDevice and method for etching a substrate by means of an inductively coupled plasma
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein damit durchfuhrbares Verfahren zum Atzen eines Substrates, insbesondere eines Siliziumkorpers, mittels eines induktiv gekoppelten Plasmas nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche .The invention relates to a device and a method which can be carried out therewith for etching a substrate, in particular a silicon body, by means of an inductively coupled plasma according to the category of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Um ein anisotropes Hochratenatzenverfahren beispielsweise für Silizium unter Einsatz einer induktiven Plasmaquelle zu realisieren, ist es bei Verfahren, wie sie beispielsweise aus DE 42 41 045 C2 bekannt sind, erforderlich, m möglichst kurzer Zeit eine effiziente Seitenwandpassivierung wahrend sogenannter Passivierschritte durchzufuhren und ferner eine möglichst hohe Konzentration von Silizium atzenden Fluorradikalen wahrend sogenannter Atzschritte zu erreichen. Zur Erhöhung der Atzrate ist es dabei naheliegend, mit möglichst hohen Hochfrequenzleistungen an der induktiven Plasmaquelle zu arbeiten und dadurch möglichst hoheIn order to implement an anisotropic high-rate etching process, for example for silicon, using an inductive plasma source, it is necessary in processes such as are known, for example, from DE 42 41 045 C2, to carry out an efficient sidewall passivation in the shortest possible time using so-called passivation steps and also to achieve the highest possible To achieve concentration of silicon-etching fluorine radicals during so-called etching steps. In order to increase the etching rate, it makes sense to work with the highest possible high-frequency powers on the inductive plasma source and thereby as high as possible
Plasmaleistungen in das erzeugte induktiv gekoppelte Plasma einzukoppeln . Diesen eingekoppelbaren Plasmaleistungen sind jedoch Grenzen gesetzt, die sich einerseits aus der Belastbarkeit der elektrischen Komponenten der Plasmaquelle ergeben, andererseits aber auch prozeßtechnischer Natur sind. So verstarken hohe Hochfrequenzleistungen der induktiven Plasmaquelle, d.h. hohe einzukoppelnde Plasmaleistungen, schädliche elektrische Eingriffe aus dem Quellenbereich in das erzeugte induktiv gekoppelte Plasma, die die Atzergebnisse auf dem Substratwafer verschlechtern.To couple plasma power into the generated inductively coupled plasma. However, there are limits to the plasma services that can be coupled in, which result on the one hand from the load-bearing capacity of the electrical components of the plasma source, and on the other hand are also of a technical nature. Thus high high-frequency powers of the inductive plasma source, ie high plasma powers to be coupled in, intensify harmful electrical interventions from the source area into the generated inductively coupled plasma, which deteriorate the etching results on the substrate wafer.
Zudem treten bei Atzprozessen nach Art der DE 42 41 045 C2 bei sehr hohen Plasmaleistungen auch Stabilitatsprobleme bei der Plasmaeinkoppelung in den Umschaltphasen zwischen Atz- und Passivierschritten auf. Dies beruht darauf, daß sich bei hohen einzukoppelnden Leistungen im kWatt-Bereich wahrend der Umschaltphasen auftretende Leistungsreflektionen und Spannungsuberhohungen zerstörerisch im elektrischen Kreis der Plasmaquelle (Spule, angeschlossene Kapazitäten, Generatorendstufe usw.) auswirken.In addition, in the case of etching processes according to the type of DE 42 41 045 C2, stability problems occur in the plasma coupling in the switching phases between etching and passivation steps with very high plasma outputs. This is due to the fact that power reflections and voltage spikes that occur during the switchover phases have a destructive effect on the electrical circuit of the plasma source (coil, connected capacities, generator output stage, etc.) at high powers to be coupled in in the kWatt range.
In der Anmeldung DE 199 00 179 ist dazu bereits eine gegenüber der DE 42 41 045 C2 weiterentwickelte induktive Plasmaquelle beschrieben, die mittels einer verlustfreien symmetrischen Hochfrequenzspeisung der Spule der induktiven Plasmaquelle für besonders hohe Plasmaleistungen geeignet ist, und die ein induktives Plasma generiert, welches besonders arm an Stoeinkopplungen ist. Doch auch für diesen Quellentyp existiert eine praktikable Leistungsgrenze von etwa 3 k att bis 5 k att, oberhalb der die benotigten Hochfrequenzkomponenten extrem teuer werden oder Probleme hinsichtlich der Plasmastabilitat uberhand nehmen.For this purpose, the application DE 199 00 179 already describes an inductive plasma source which has been further developed compared to DE 42 41 045 C2 and which is suitable for particularly high plasma powers by means of a loss-free symmetrical high-frequency supply of the coil of the inductive plasma source, and which generates an inductive plasma which is particularly useful is poor in interference. But also for this type of source there is a practicable power limit of about 3 k att to 5 k att, above which the required high-frequency components become extremely expensive or problems regarding the plasma stability become excessive.
Aus der Anmeldung DE 199 198 32 ist weiter bereits bekannt, die in ein induktiv gekoppeltes Plasma mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld eingekoppelte Plasmaleistung adiabatisch zwischen einzelnen Verfahrensschritten, insbesondere alternierenden Atz- und Passivierschritten, zu variieren.From the application DE 199 198 32 it is also already known that the inductively coupled plasma with a high-frequency electromagnetic alternating field coupled plasma power adiabatically to vary between individual process steps, in particular alternating etching and passivation steps.
Ein derartiger adiabatischer Leistungsubergang, d.h. ein allmähliches Hochfahren bzw. Verringern der eingekoppelten Plasmaleistung, bei gleichzeitiger kontinuierlicher Anpassung der Impedanz der ICP-Quelle an die jeweilige, von der eingekoppelten Plasmaleistung abhangige Plasmaimpedanz mittels eines automatischen Anpaßnetzwerkes oder eines Impedanztransformators („Matchbox") ermöglicht es, die erläuterten Probleme hinsichtlich Leistungsreflexion und Spannungsuberhohung beim Ein- und Ausschalten von Plasmaleistungen im Bereich von 1 kWatt bis 5 kWatt zu beherrschen. Eine typische Zeitdauer der Einschaltvorgange liegt dabei jedoch im Bereich von 0,1 sec bis 2 sec. Schnellere Leistungsanderungen sind mit diesem Ansatz nicht möglich.Such an adiabatic power transition, i.e. A gradual start-up or reduction of the coupled plasma power, with simultaneous continuous adaptation of the impedance of the ICP source to the respective plasma impedance dependent on the coupled plasma power by means of an automatic matching network or an impedance transformer (“matchbox”) makes it possible to explain the problems relating to power reflection and voltage increase when switching on and off plasma powers in the range from 1 kWatt to 5 kWatt. However, a typical duration of the switch-on processes is in the range from 0.1 sec to 2 sec. Faster power changes are not possible with this approach.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemaße Vorrichtung und das damit durchgeführte Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß damit eine variabel einstellbare, gepulsteThe device according to the invention and the method carried out therewith has the advantage over the prior art that it is a variably adjustable, pulsed
Hochfrequenzleistung erzeugt wird, die als Plasmaleistung in das induktiv gekoppelte Plasma einkoppelbar ist, wobei die Pulsung der Plasmaleistung sehr schnell, beispielsweise innerhalb von Mikrosekunden, erfolgen und gleichzeitig mit Leistungsanderungen von mehreren tausend Watt verbunden sein kann.High-frequency power is generated, which can be coupled as plasma power into the inductively coupled plasma, the pulsing of the plasma power taking place very quickly, for example within microseconds, and at the same time being associated with power changes of several thousand watts.
Die vorgenommene Pulsung der Plasmaleistung ist weiter mit einer wesentlichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der ICP-Quelle verbunden und eröffnet die Möglichkeit zur Verminderung der mittleren Plasmaleistung ohne Atzratenverminderung bzw. zur Atzratenerhohung bei unveränderter mittlerer Plasmaleistung. Weiter lassen sich durch das Pulsen der Plasmaleistung elektrische Storffekte aus dem Quellenbereich der ICP-Quelle wirksam reduzieren.The pulsation of the plasma power continues with a significant improvement in the economy of the ICP source connected and opens the possibility to reduce the mean plasma power without reducing the etching rate or to increase the etching rate with unchanged mean plasma power. Furthermore, pulsing the plasma power can effectively reduce electrical interference effects from the source area of the ICP source.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteranspruchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemaße Plasmaatzanlage mit einer balancierten, symmetrisch aufgebauten und symmetrisch gespeisten Konfiguration der ICP-Quelle versehen ist. Auf diese Weise wird die Homogenitat der Atzraten über die Oberflache des Substrates deutlich verbessert und die elektrische Einkopplung von hohen Plasmaleistungen in das erzeugte Plasma erheblich vereinfacht .It is particularly advantageous if the plasma plasma system according to the invention is provided with a balanced, symmetrically constructed and symmetrically powered configuration of the ICP source. In this way, the homogeneity of the etching rates over the surface of the substrate is significantly improved and the electrical coupling of high plasma powers into the generated plasma is considerably simplified.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn im Inneren des Reaktors ein zusatzliches, konstantes oder zeitlich variierendes longitudinales Magnetfeld erzeugt wird, das das generierte, induktiv gekoppelte Plasma von der Plasmaquelle ausgehend nach der Art einer magnetischen Flasche bis zu dem zu atzenden Substrat fuhrt.It is also advantageous if an additional, constant or time-varying longitudinal magnetic field is generated in the interior of the reactor, which leads the generated, inductively coupled plasma from the plasma source in the manner of a magnetic bottle to the substrate to be etched.
Dieses Magnetfeld, dessen Richtung zumindest naherungsweise oder überwiegend parallel zu der durch die Verbindungslinie von Substrat und induktiv gekoppeltem Plasma definierten Richtung ist, verbessert die Ausnutzung der eingekoppelten Hochfrequenzleistung zur Erzeugung der gewünschten Plasmaspezies (Elektronen, Ionen, freie Radikale) d.h. die Effizienz der Plasmageneration deutlich. Daher sind bei gleicher Plasmaleistung damit zusatzlich deutlich höhere Atzraten möglich.This magnetic field, the direction of which is at least approximately or predominantly parallel to the direction defined by the connecting line between the substrate and the inductively coupled plasma, significantly improves the use of the coupled high-frequency power to generate the desired plasma species (electrons, ions, free radicals), ie the efficiency of the plasma generation , Therefore, at same plasma power, significantly higher etching rates are possible.
Eine besonders gute Fuhrung des erzeugten Plasmas durch das Magnetfeld und ein besonders geringer Durchgriff des erzeugten Magnetfeldes auf das zu atzende Substrat selbst ergibt sich weiter vorteilhaft dann, wenn zusatzlich eine zu der Innenwand des Reaktors konzentrisch angeordnete Apertur vorgesehen ist, die bevorzugt ca. 5 cm oberhalb des auf einer Substratelektrode angeordneten Substrates angeordnet ist. Diese Apertur fuhrt zu einer verbesserten Uniformitat der Atzung über die Substratoberflache und vermeidet gleichzeitig im Fall eines zeitlich variierenden Magnetfeldes hohe induzierte Spannungen in dem zu atzenden Substrat, die dort unter Umstanden zu Schaden an elektronischen Bauelementen fuhren.A particularly good guidance of the generated plasma through the magnetic field and a particularly low penetration of the generated magnetic field onto the substrate itself to be etched further advantageously results if an aperture is also provided, which is arranged concentrically to the inner wall of the reactor, preferably about 5 cm is arranged above the substrate arranged on a substrate electrode. This aperture leads to an improved uniformity of the etching over the substrate surface and at the same time avoids in the case of a time-varying magnetic field high induced voltages in the substrate to be etched, which may damage electronic components there.
Sehr vorteilhaft ist weiterhin, wenn in den ICP- Spulengenerator Bauteile integriert sind, die zur Impedanzanpassung als Funktion der einzukoppelndenIt is also very advantageous if components are integrated in the ICP coil generator which are used for impedance matching as a function of the ones to be coupled in
Plasmaleistung eine Variation der Frequenz des erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes vornehmen, da damit eine besonders schnelle Umschaltung zwischen Plasmaleistungspulsen und Pulspausen erreicht wird.Plasma power can vary the frequency of the generated alternating electromagnetic field, since it enables a particularly fast switchover between plasma power pulses and pulse pauses.
Durch diese Frequenzvariation wird vorteilhaft vermieden, daß zeitweise beim Pulsen der Plasmaleistung, insbesondere in Zeiten einer sich schnell ändernden eingekoppelten Plasmaleistung, d.h. bei Pulse-zu-Pause-Ubergangen, hohe reflektierte Leistungen zurück in den ICP-Spulengenerator auftreten. Dabei liegt ein weiterer wesentlicher Vorteil einer jederzeit möglichst guten Impedanzanpassung über eine variable Frequenz der Hochfrequenzleistung des ICP- Spulengenerators darin, daß diese Frequenzanderung sehr schnell durchgeführt werden kann, da sie nur durch die Regelgeschwindigkeit einer die Frequenzvariation durchfuhrenden elektronischen Schaltung begrenzt ist. So sind Reaktionszeiten oder sehr schnelle Leistungsanderungen der Ausgangsleistung des ICP-Spulengenerators im Mikrosekundenbereich stabil möglich, was es erlaubt, wahrend der Atz- und/oder Passivierschritte mit Plasmaleistungspulsen zu arbeiten, deren Dauer im Mikrosekundenbereich liegt.This frequency variation advantageously prevents high reflected powers occurring back into the ICP coil generator when the plasma power is pulsed, in particular in times of a rapidly changing coupled plasma power, ie in the case of pulse-to-pause transitions. Another major advantage of an impedance matching that is as good as possible at all times via a variable frequency of the high-frequency power of the ICP coil generator is that this frequency change is very great can be carried out quickly since it is only limited by the control speed of an electronic circuit which carries out the frequency variation. Response times or very rapid changes in the output power of the ICP coil generator in the microsecond range are thus possible in a stable manner, which makes it possible to work with plasma power pulses during the etching and / or passivation steps, the duration of which is in the microsecond range.
Da bei einem gepulsten Betrieb der ICP-Quelle sehr schnelle Impedanzanderungen im Plasma auftreten, ist es nach dem bisherigen Stand der Technik bei Einzelpulsleistungen im kWatt-Bereich, insbesondere im Bereich oberhalb 3 kWatt unmöglich, das Auftreten hoher reflektierter Leistung beim Ein- und Ausschalten der eingekoppeltenSince very rapid impedance changes in the plasma occur during pulsed operation of the ICP source, it is impossible according to the prior art for single pulse powers in the kWatt range, in particular in the range above 3 kWatt, to have high reflected power when switching the on and off coupled
Hochfrequenzleistungspulse zu vermeiden oder diese zumindest unschädlich zu machen. Durch die erfindungsgemaße Vorrichtung ist dagegen auch in diesem Fall die Impedanzanpassung von induktiv gekoppeltem Plasma bzw. ICP- Quelle und ICP-Spulengenerator jederzeit sichergestellt.Avoid high-frequency power pulses or at least render them harmless. In contrast, the device according to the invention also ensures the impedance matching of inductively coupled plasma or ICP source and ICP coil generator at all times in this case.
Ein gepulster Betrieb der ICP-Quelle hat gegenüber einem kontinuierlichen Betrieb weiter den wesentlichen Vorteil, daß wahrend der Hochfrequenzleistungspulse bzw.Pulsed operation of the ICP source has the essential advantage over continuous operation that during the high-frequency power pulses or
Plasmaleistungspulse eine wesentlich höhere Plasmadichte erreicht wird als bei einem kontinuierlichen Betrieb. Dies beruht darauf, daß die Erzeugung eines induktiven Plasmas ein hochgradig nichtlinearer Vorgang ist, so daß die mittlere Plasmadichte in diesem gepulsten Betriebsmodus hoher ist als bei einer dem Zeitmittel entsprechenden mittleren Plasmaleistung. Man erhalt daher, bezogen auf das Zeitmittel, im Pulsbetrieb effektiv mehr reaktive Spezies und Ionen als im Dauerstrichbetrieb. Dies gilt insbesondere dann, wenn sogenannte „Riesenimpulse" eingesetzt werden, d.h. relativ kurze und extrem leistungsstarke Hochfrequenzleistungsimpulse von beispielsweise 20 kWatt Spitzenleistung, wie dies mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung nunmehr möglich ist, wobei die mittlere Plasmaleistung im Zeitmittel dann beispielsweise bei lediglich 500 Watt liegt.Plasma power pulses achieve a much higher plasma density than with continuous operation. This is due to the fact that the generation of an inductive plasma is a highly non-linear process, so that the average plasma density in this pulsed operating mode is higher than with an average plasma power corresponding to the time average. Therefore, based on the time average, more reactive species and ions are effectively obtained in pulse mode than in continuous wave mode. This is especially true when so-called "giant pulses" are used, ie relatively short and extremely powerful high-frequency power pulses of, for example, 20 kWatt peak power, as is now possible with the device according to the invention, the mean plasma power then being, for example, only 500 watts.
In diesem Fall sind im übrigen unvermeidbare Warmeverluste im ICP-Spulengenerator und anderen Anlagenkomponenten der Plasmaatzanlage vorteilhaft mit dem relativ niedrigen Zeitmittelwert der Plasmaleistung korreliert, wahrend erwünschte Plasmaeffekte, insbesondere die erzielbaren Atzraten, vorteilhaft mit den auftretenden Spitzenleistungen korrelieren. Infolgedessen wird die Effizienz der Erzeugung reaktiver Spezies und Ionen deutlich verbessert.In this case, inevitable heat losses in the ICP coil generator and other system components of the plasma treatment system are advantageously correlated with the relatively low time average of the plasma power, while desired plasma effects, in particular the achievable etching rates, advantageously correlate with the peak powers that occur. As a result, the efficiency of generating reactive species and ions is significantly improved.
Ein weiterer Vorteil eines gepulsten Betriebs der ICP-Quelle liegt darin, daß sich in den Pausen zwischen den Hochfrequenzleistungspulsen störende elektrische Aufladungen auf dem zu atzenden Substrat entladen können und damit die Profilkontrolle beim Atzen insgesamt verbessert wird.Another advantage of pulsed operation of the ICP source is that, in the pauses between the high-frequency power pulses, disruptive electrical charges can be discharged on the substrate to be etched, and thus the overall profile control during etching is improved.
Schließlich ist sehr vorteilhaft, wenn das Pulsen des erzeugten Magnetfeldes mit dem Pulsen der eingekoppelten Plasmaleistung und/oder dem Pulsen der über den Substratspannungsgenerator in das Substrat eingekoppelten Hochfrequenzleistung zeitlich korreliert oder synchronisiert wird. So ergibt sich durch die zeitliche Synchronisation der Pulsung von Magnetfeld und eingekoppelter Plasmaleistung insbesondere eine deutliche Reduktion der in der Magnetfeldspule anfallende Ohm' sehen Warmeverluste, was Probleme der Kühlung und Temperaturkontrolle der Magnetfeldspule entschärft. Wird beispielsweise die eingekoppelte Plasmaleistung mit einem Puls-zu-Pause-Verhaltnis von 1:20 betrieben, so kann auch der Strom durch die Magnetfeldspule beispielsweise mit einem Puls-zu-Pause-Verhaltnis von 1:18 gepulst werden, wodurch sich vorteilhaft die benotigte Warmeabfuhr aus der Magnetfeldspule auf 1/18 des ursprunglichen Werts reduziert. Gleichzeitig sinkt auch der Verbrauch an elektrischer Energie entsprechend.Finally, it is very advantageous if the pulsing of the generated magnetic field is temporally correlated or synchronized with the pulsing of the injected plasma power and / or the pulsing of the high-frequency power injected into the substrate via the substrate voltage generator. The temporal synchronization of the pulsation of the magnetic field and the coupled plasma power results in a significant reduction in the ohms occurring in the magnetic field coil, see heat losses, which alleviates problems of cooling and temperature control of the magnetic field coil. If, for example, the injected plasma power is operated with a pulse-to-pause ratio of 1:20, the current through the magnetic field coil can also be pulsed, for example with a pulse-to-pause ratio of 1:18, which advantageously means that the required Heat dissipation from the magnetic field coil reduced to 1/18 of the original value. At the same time, the consumption of electrical energy drops accordingly.
Zeichnungendrawings
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematisierte Plasmaatzanlage, Figur 2 eine elektronischeExemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the description below. FIG. 1 shows a schematic plasma setting system, FIG. 2 shows an electronic one
Ruckkopplungsschaltung mit angeschlossener ICP-Quelle, Figur 3 ein Beispiel für eine Filterkennlinie, Figur 4 ein Beispiel für eine zeitliche Synchronisation von in das Plasma eingekoppelten Hochfrequenzplasmaleistungspulsen mit Magnetfeldpulsen, Figur 5 eine in denFeedback circuit with connected ICP source, Figure 3 shows an example of a filter characteristic, Figure 4 shows an example of a time synchronization of high-frequency plasma power pulses coupled into the plasma with magnetic field pulses, Figure 5 shows one in the
Substratspannungsgenerator integrierbare Schaltungsanordnung zur Erzeugung sehr kurzer Hochfrequenzleistungspulse, Figur 6 ein Ersatzschaltbild für die Entstehung der Substratelektrodenspannung und Figur 7 die Änderung der Substratelektrodenspannung wahrend eines Hochfrequenzleistungspulses als Funktion der Zahl der Schwingungsperioden .6, an equivalent circuit diagram for the generation of the substrate electrode voltage and FIG. 7, the change in the substrate electrode voltage during a high-frequency power pulse as a function of the number of oscillation periods.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 naher erläutert. Eine Plasmaatzanlage 5 weist dazu zunächst einen Reaktor 15 auf, in dessen oberem Bereich in an sich bekannter Weise über eine ICP-Quelle 13 („Inductively Coupled Plasma") ein induktiv gekoppeltes Plasma 14 erzeugt wird. Weiterhin ist eine Gaszufuhr 19 zur Zufuhr eines Reaktivgases wie beispielsweise SF6, C1F3, 02, CF8, C3F6, SiF4 oder NF3, eine Gasabfuhr 20 zur Abfuhr vonA first exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to FIG. 1. For this purpose, a plasma set 5 initially has a reactor 15, in the upper region of which in an inductively coupled plasma 14 is generated in a manner known per se via an ICP source 13 (“Inductively Coupled Plasma”). Furthermore, there is a gas supply 19 for supplying a reactive gas such as SF 6 , C1F 3 , 0 2 , CF 8 , C 3 F 6 , SiF 4 or NF 3 , a gas discharge 20 for the removal of
Reaktionsprodukten, ein Substrat 10, beispielsweise ein mit dem erfindungsgemaßen Atzverfahren zu strukturierender Siliziumkorper oder Siliziumwafer, eine mit dem Substrat 10 in Kontakt befindliche Substratelektrode 11, ein Substratspannungsgenerator 12 und ein erster Impedanztransformator 16 vorgesehen. Der Substratspannungsgenerator 12 koppelt dabei in die Substratelektrode 11 und darüber in das Substrat 10 eine hochfrequente Wechselspannung oder Hochfrequenzleistung ein, die eine Beschleunigung von in dem induktiv gekoppeltenReaction products, a substrate 10, for example a silicon body or silicon wafer to be structured with the etching method according to the invention, a substrate electrode 11 in contact with the substrate 10, a substrate voltage generator 12 and a first impedance transformer 16. The substrate voltage generator 12 couples a high-frequency alternating voltage or high-frequency power into the substrate electrode 11 and above that into the substrate 10, which accelerates the inductively coupled
Plasma 14 erzeugten Ionen auf das Substrat 10 hin bewirkt. Die in die Substratelektrode 11 eingekoppelte Hochfrequenzleistung bzw. Wechselspannung liegt typischerweise zwischen 3 Watt und 50 Watt bzw. 5 Volt und 100 Volt im Dauerstrichbetrieb bzw. bei gepulstem Betrieb jeweils im Zeitmittel über die Pulssequenz.Plasma 14 generated ions on the substrate 10 causes. The high-frequency power or alternating voltage coupled into the substrate electrode 11 is typically between 3 watts and 50 watts or 5 volts and 100 volts in continuous wave mode or in pulsed mode in the time average over the pulse sequence.
Weiterhin ist ein ICP-Spulengenerator 17 vorgesehen, der mit einem zweiten Impedanztransformator 18 und darüber mit der ICP-Quelle 13 in Verbindung steht. Somit generiert die ICP- Quelle 13 ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld und darüber in dem Reaktor 15 ein induktiv gekoppeltes Plasma 14 aus Reaktiven Teilchen und elektrisch geladenen Teilchen (Ionen), die durch Einwirken des hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes auf das Reaktivgas entstehen. Die ICP-Quelle 13 weist dazu eine Spule mit mindestens einer Windung auf. Der zweite Impedanztransformator 18 ist bevorzugt in der in der Anmeldung DE 199 00 179.0 vorgeschlagenen Weise ausgeführt, so daß eine balancierte, symmetrisch aufgebaute Konfiguration und Speisung der ICP-Quelle 13 über den ICP- Spulengenerator 17 gegeben ist. Damit wird insbesondere gewahrleistet, daß die an den beiden Enden der Spule der ICP-Quelle 13 anliegenden hochfrequenten Wechselspannungen zumindest nahezu gegenphasig zueinander sind. Weiter ist der Mittelabgriff 26 der Spule der ICP-Quelle 13, wie in Figur 2 angedeutet, bevorzugt geerdet.Furthermore, an ICP coil generator 17 is provided, which is connected to a second impedance transformer 18 and above that to the ICP source 13. Thus, the ICP source 13 generates a high-frequency alternating electromagnetic field and above it in the reactor 15 an inductively coupled plasma 14 composed of reactive particles and electrically charged particles (ions), which are created by the action of the high-frequency alternating electromagnetic field on the reactive gas. For this purpose, the ICP source 13 has a coil with at least one turn. The second impedance transformer 18 is preferably designed in the manner proposed in the application DE 199 00 179.0, so that a balanced, symmetrical configuration and supply of the ICP source 13 via the ICP coil generator 17 is provided. This ensures in particular that the high-frequency AC voltages applied to the two ends of the coil of the ICP source 13 are at least almost in phase opposition to one another. Furthermore, the center tap 26 of the coil of the ICP source 13, as indicated in FIG. 2, is preferably grounded.
Mit der Plasmaatzanlage 5 wird weiter beispielsweise der aus DE 42 41 045 C2 bekannte anisotrope Hochratenatzprozeß für Silizium mit alternierenden Atz- und Passivierschritten durchgeführt. Hinsichtlich weiterer, dem Fachmann an sich bekannter Details zu der Plasmaatzanlage 5, die insoweit als bisher beschrieben aus dem Stand der Technik bekannt ist, und des damit durchgeführten Atzverfahrens, insbesondere hinsichtlich der Reaktivgase, der Prozeßdrucke und der Substratelektrodenspannungen in den jeweiligen Atzschritten bzw. Passivierschritten sei daher auf die DE 42 41 045 C2 verwiesen.The plasma etching system 5 also carries out, for example, the anisotropic high rate etching process known from DE 42 41 045 C2 for silicon with alternating etching and passivation steps. With regard to further details, known per se to the person skilled in the art, of the plasma deposition system 5, which is known from the prior art as far as described so far, and of the etching process carried out therewith, in particular with regard to the reactive gases, the process pressures and the substrate electrode voltages in the respective etching steps or passivation steps therefore, reference is made to DE 42 41 045 C2.
Die erfindungsgemaße Plasmaatzanlage 5 ist im übrigen auch geeignet für eine Prozeßfuhrung, wie sie in der Anmeldung DE 199 27 806.7 beschrieben ist.The plasma set 5 according to the invention is also suitable for process control as described in the application DE 199 27 806.7.
Insbesondere wird beim Atzen des Substrates 10 wahrend der Passivierschritte in dem Reaktor 15 mit einem Prozeßdruck von 5 μbar bis 20 μbar und mit einer über die ICP-Quelle 13 in das Plasma 14 eingekoppelten mittleren Plasmaleistung von 300 bis 1000 Watt passiviert. Als Passiviergas eignet sich beispielsweise C4F8 oder C3F6. Wahrend der nachfolgenden Atzschritte wird dann ein Prozeßdruck von 30 μbar bis 50 μbar und einer hohen mittleren Plasmaleistung von 1000 bis 5000 Watt geatzt. Als Reaktivgas eignet sich beispielsweise SF6 oder C1F3. Unter mittlerer Plasmaleistung wird dabei im Sinne der Erfindung stets eine zeitlich über eine Vielzahl von Plasmaleistungspulsen gemittelte eingekoppelte Plasmaleistung verstanden.In particular, when the substrate 10 is etched, the passivation steps in the reactor 15 are passivated with a process pressure of 5 μbar to 20 μbar and with an average plasma power of 300 to 1000 watts coupled into the plasma 14 via the ICP source 13. C 4 F 8 or C 3 F 6 , for example, is suitable as the passivating gas. A process pressure of 30 μbar to is then during the subsequent etching steps 50 μbar and a high mean plasma power of 1000 to 5000 watts. SF 6 or C1F 3 , for example, is suitable as the reactive gas. In the context of the invention, mean plasma power is always understood to mean a coupled-in plasma power averaged over a large number of plasma power pulses.
Weiterhin ist in der Plasmatzanlage 5 zwischen dem induktiv gekoppelten Plasma 14 bzw. der ICP-Quelle 13, d.h. der eigentlichen Plasmaerregungszone, und dem Substrat 10 ein sogenannter „Spacer" als Distanzstuck 22 aus einem nicht- ferromagnetischen Material wie beispielsweise Aluminium plaziert. Dieses Distanzstuck 22 ist in die Wand des Reaktors 15 konzentrisch als Distanzring eingesetzt und bildet somit bereichsweise die Reaktorwand. Er hat eine typische Hohe von ca. 5 cm bis 30 cm bei einem typischen Durchmesser des Reaktors 15 von 30 cm bis 100 cm.Furthermore, in the plasma system 5 between the inductively coupled plasma 14 and the ICP source 13, i.e. the actual plasma excitation zone, and the substrate 10, a so-called “spacer” is placed as a spacer 22 made of a non-ferromagnetic material such as aluminum. This spacer 22 is inserted concentrically into the wall of the reactor 15 as a spacer ring and thus forms the reactor wall in some areas a typical height of approx. 5 cm to 30 cm with a typical diameter of the reactor 15 of 30 cm to 100 cm.
Das Distanzstuck 22 wird in bevorzugter Ausgestaltung des Ausfuhrungsbeispiels weiter von einer Magnetfeldspule 21 umgeben, die beispielsweise 100 bis 1000 Windungen aufweist und aus einem für die einzusetzende Stromstarke ausreichend dick bemessenen Kupferlackdraht gewickelt ist. Zusatzlich können Kupferrohre mit in die Magnetfeldspule 21 aufgenommen werden durch die Kuhlwasser strömt, um Warmeverluste aus der Magnetfeldspule 21 abzuführen.In a preferred embodiment of the exemplary embodiment, the spacer 22 is further surrounded by a magnetic field coil 21, which has, for example, 100 to 1000 turns and is wound from a copper wire that is sufficiently thick for the amperage to be used. In addition, copper pipes can be included in the magnetic field coil 21 through which cooling water flows in order to dissipate heat losses from the magnetic field coil 21.
Es ist alternativ auch möglich, die Magnetfeldspule 21 selbst aus einem dünnen, mit einem elektrisch isolierenden Material lackierten Kupferrohr zu wickeln, welches direkt von Kuhlwasser durchströmt wird. Durch die Magnetfeldspule 21 wird weiter über eine Stromversorgungseinheit 23 ein elektrischer Strom von beispielsweise 10 bis 100 Ampere geleitet.Alternatively, it is also possible to wind the magnetic field coil 21 itself out of a thin copper tube which is coated with an electrically insulating material and through which cooling water flows directly. An electric current of, for example, 10 to 100 amperes is passed through the magnetic field coil 21 via a power supply unit 23.
Im erläuterten ersten Ausfuhrungsbeispiel ist dies beispielsweise ein Gleichstrom, der im Inneren des Reaktors 15 ein statisches Magnetfeld erzeugt, das im Fall einer Magnetfeldspule 21 mit 100 Windungen und einer Lange von 10 cm sowie einem Durchmesser von 40 cm beispielsweise eine magnetische Feldstarke im Zentrum der Magnetfeldspule 21 von etwa 0,3 mTesla/A Stromfluß erzeugt.In the first exemplary embodiment explained, this is, for example, a direct current which generates a static magnetic field inside the reactor 15, which in the case of a magnetic field coil 21 with 100 turns and a length of 10 cm and a diameter of 40 cm, for example, a magnetic field strength in the center of the magnetic field coil 21 of about 0.3 m Tesla / A current flow generated.
Um eine signifikante Steigerung der Plasmaerzeugungseffizienz und eine ausreichende magnetische Fuhrung des induktiv gekoppelten Plasmas 14 zu gewahrleisten, werden Magnetfeldstarken von 10 mT bis 100 mT, beispielsweise 30 mT, benotigt. Das bedeutet, die Stromversorgungseinheit 23 stellt zumindest wahrend der Atzschritte zur Atzung eines Substrates 10 Stromstarken von etwa 30 bis 100 Ampere bereit.In order to ensure a significant increase in the plasma generation efficiency and adequate magnetic guidance of the inductively coupled plasma 14, magnetic field strengths of 10 mT to 100 mT, for example 30 mT, are required. This means that the power supply unit 23 provides current strengths of approximately 30 to 100 amperes at least during the etching steps for etching a substrate 10.
Anstelle der Magnetfeldspule 21 kann im übrigen auch ein Permanentmagnet eingesetzt werden. Ein derartiger Permanentmagnet benotigt vorteilhaft keine Energie, hat jedoch den Nachteil, daß eine Einstellung der Magnetfeldstarke, die zur Einstellung eines optimalen Atzprozesses von Vorteil ist, nicht möglich ist. Überdies ist die Feldstarke eines Permanentmagneten temperaturabhangig, so daß die Magnetfeldspule 21 bevorzugt wird.Instead of the magnetic field coil 21, a permanent magnet can also be used. Such a permanent magnet advantageously does not require any energy, but has the disadvantage that it is not possible to set the magnetic field strength, which is advantageous for setting an optimal etching process. In addition, the field strength of a permanent magnet is temperature-dependent, so that the magnetic field coil 21 is preferred.
In jedem Fall ist wichtig, daß die Richtung des über die Magnetfeldspule 21 oder den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes zumindest naherungsweise oder überwiegend parallel zu der durch die Verbindungslinie von Substrat 10 und induktiv gekoppeltem Plasma 14 bzw. derIn any case, it is important that the direction of the magnetic field generated via the magnetic field coil 21 or the permanent magnet is at least approximately or predominantly parallel to that through the connecting line of substrate 10 and inductively coupled plasma 14 or the
Plasmaerregungszone definierten Richtung ist (longitudinale Magnetfeldorientierung) .Plasma excitation zone is defined direction (longitudinal magnetic field orientation).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erläuterten Ausfuhrungsbeispiels sieht im übrigen vor, daß zur Uni- formitatsverbesserung des Atzprozesses eine aus der DE 197 34 278 bekannte Apertur im Inneren des Reaktors 15 konzentrisch zur Reaktorwand zwischen der ICP-Quelle 13 bzw. der Plasmaerregungszone und dem Substrat 10 angebracht wird. Diese Apertur ist in Figur 1 aus Gründen derA further advantageous embodiment of the exemplary embodiment explained provides that, in order to improve the uniformity of the etching process, an aperture known from DE 197 34 278 inside the reactor 15 concentric with the reactor wall between the ICP source 13 or the plasma excitation zone and the substrate 10 is attached. This aperture is in Figure 1 for the sake of
Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Bevorzugt ist sie ca. 5 cm oberhalb der Substratelektrode 11 oder des Substrates 10 an dem Distanzstuck 22 („Spacer") befestigt.Clarity not shown. It is preferably attached to the spacer 22 (“spacer”) about 5 cm above the substrate electrode 11 or the substrate 10.
Zudem muß im Falle der Verwendung einer Magnetfeldspule 21 in die Stromversorgungseinheit 23 eine geeignete, an sich bekannte Uberwachungsvorrichtung integriert sein, die in die Prozeßablaufsteuerung eingebunden ist und eine Überwachung der Spulentemperatur und eine Notabschaltung beispielsweise bei Kuhlwasserausfall vornimmt.In addition, if a magnetic field coil 21 is used, a suitable, known monitoring device must be integrated into the power supply unit 23, which is integrated into the process sequence control and monitors the coil temperature and performs an emergency shutdown, for example in the event of cooling water failure.
Der ICP-Spulengenerator 17 koppelt weiter wahrend der Atzschritte und/oder wahrend der Passivierschritte eine gepulste Plasmaleistung in das induktiv gekoppelte Plasma 14 ein, die im zeitlichen Mittel zwischen minimal 300 Watt bis maximal 5000 Watt liegt. Bevorzugt werden wahrend der Atzschritte im zeitlichen Mittel 2000 Watt und wahrend der Passivierschritte 500 Watt eingekoppelt.The ICP coil generator 17 continues to couple a pulsed plasma power into the inductively coupled plasma 14 during the etching steps and / or during the passivation steps, which average time is between a minimum of 300 watts and a maximum of 5000 watts. Preferably, 2000 watts are coupled in during the etching steps on average and 500 watts during the passivation steps.
Um das Pulsen der eingekoppelten Plasmaleistung zu ermöglichen ist weiter vorgesehen, daß wahrend des Pulsens standig eine Anpassung der Impedanz der über den ICP- Spulengenerator 17 erzeugten Hochfrequenzleistung an die sich mit verändernder d.h. gepulster Plasmaleistung verändernde Plasmaimpedanz vorgenommen wird. Dazu wird die Frequenz des hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes, das der ICP-Spulengenerator 17 erzeugt, zur Impedanzanpassung innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite variiert .In order to enable the pulsing of the injected plasma power, it is further provided that during the pulsing the impedance of the high-frequency power generated by the ICP coil generator 17 is continuously adapted to the plasma impedance that changes with changing, ie pulsed plasma power. For this purpose, the frequency of the high-frequency alternating electromagnetic field, which the ICP coil generator 17 generates, is varied within a predetermined bandwidth for impedance matching.
Im einzelnen ist dazu das bevorzugt symmetrisch aufgebaute und die ICP-Quelle 13 symmetrisch speisende Anpaßnetzwerk in dem zweiten Impedanztransformator 18 zunächst so eingestellt, daß eine möglichst optimale Impedanzanpassung stets dann gegeben ist, wenn die eingekoppelten Hochfrequenzplasmaleistungspulse ihre Maximalwerte erreicht haben. Typische Maximalwerte der Hochfrequenzplasmaleistungspulse liegen dabei zwischenIn detail, the matching network, which is preferably constructed symmetrically and feeds the ICP source 13 symmetrically, is initially set in the second impedance transformer 18 in such a way that the best possible impedance matching is always given when the coupled-in high-frequency plasma power pulses have reached their maximum values. Typical maximum values of the high-frequency plasma power pulses are between
3 kWatt und 20 kWatt bei einem Puls-zu-Pause-Verhältnis von 1:1 bis 1:10.3 kWatt and 20 kWatt with a pulse-to-pause ratio of 1: 1 to 1:10.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die Frequenzvariation des eingekoppelten elektromagnetischen Wechselfeldes derart erfolgt, daß mit dem Erreichen der Maximalwerte der Hochfrequenzplasmaleistungspulse gleichzeitig die Stationar- oder Resonanzfrequenz 1 Λ λ des von dem ICP-Spulengenerator 17 erzeugten hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfelds erreicht ist. Die Stationarfrequenz 1 betragt dabei bevorzugt 13,56 MHz.It is further provided that the frequency variation of the coupled electromagnetic alternating field takes place such that when the maximum values of the high-frequency plasma power pulses are reached, the stationary or resonant frequency 1 λ λ of the high-frequency alternating electromagnetic field generated by the ICP coil generator 17 is reached. The stationary frequency 1 , Λ is preferably 13.56 MHz.
Die Variation der Frequenz des elektromagnetischen Wechselfeldes um die Stationarfrequenz 1 x x beim Pulsen der Plasmaleistung wird vorgenommen, um zu gewahrleisten, daß beim Pulsen der Plasmaleistung stets eine zumindest weitgehende Anpassung der Impedanz der erzeugten Hochfrequenzleistung bzw. des ICP-Spulengenerators 17 an die jeweilige, sich zeitlich als Funktion der Plasmaleistung ändernde Impedanz des Plasmas 14 gegeben ist. Dazu wird die Frequenz des ICP-Spulengenerators 17 innerhalb einer gewissen Bandbreite um die Stationarfrequenz 1 λ λ freigegeben und durch eine Regelelektronik zur Impedanzanpassung innerhalb dieser Bandbreite variiert.The variation of the frequency of the electromagnetic alternating field around the stationary frequency 1 xx when pulsing the plasma power is carried out to ensure that when pulsing the plasma power always an at least extensive adaptation of the impedance of the generated high-frequency power or the ICP coil generator 17 to the respective, itself temporal as a function of plasma performance changing impedance of the plasma 14 is given. For this purpose, the frequency of the ICP coil generator 17 is released within a certain bandwidth around the stationary frequency 1 λ λ and varied within this bandwidth by control electronics for impedance matching.
Diese Frequenzvariation wird mit Hilfe der Figur 3 erläutert, in der eine Filterkennlinie 1 Λ dargestellt ist, die einen voreingestellten Frequenzbereich (Bandbreite) vorgibt, innerhalb dessen die Frequenz des ICP- Spulengenerators 17 variiert wird, wobei jeder Frequenz eine gewisse Hochfrequenzleistung bzw. einzukoppelnde Plasmaleistung oder eine Dampfung A der Leistung des ICP- Spulengenerators 17 zugeordnet ist. Die zu erreichende Frequenz im stationären Leistungsfall ist dabei dieThis frequency variation is explained with the aid of FIG. 3, in which a filter characteristic curve 1 Λ is shown, which specifies a preset frequency range (bandwidth) within which the frequency of the ICP coil generator 17 is varied, each frequency having a certain high-frequency power or plasma power to be coupled in or a damping A is assigned to the power of the ICP coil generator 17. The frequency to be achieved in the stationary case is
Stationarfrequenz l, die zumindest naherungsweise jeweils dann vorliegt, wenn wahrend eines Plasmaleistungspulses die jeweilige Maximalleistung des Pulses erreicht ist.Stationary frequency l , λ , which is at least approximately present when the respective maximum power of the pulse is reached during a plasma power pulse.
Weitere Deatils einer geeigneten elektronischen Schaltung zur Impedanzanpassung durch Frequenzvariation in Form eines selbsttätig wirkenden Ruckkopplungskreises werden mit Hilfe der Figur 2 erläutert. Dabei wird zunächst die ICP-Quelle 13, d.h. konkret deren Spule, zunächst in an sich aus DE 199 00 179 bekannter Weise durch ein vorzugsweise balanciertes symmetrisches Anpaßnetzwerk 2 aus einem unbalancierten unsymmetrischen Ausgang des ICP-Spulengenerators 17 gespeist. Das Anpaßnetzwerk 2 ist dabei Teil des zweiten Impedanztransformators 18. Der ICP-Spulengenerator 17 weist weiter einen Hochfrequenz-Leistungsverstarker 3 und einen Quarzoszillator 4 zur Erzeugung einer hochfrequenten Grundschwingung mit fester Frequenz von beispielsweise 13,56 MHz auf. Die hochfrequente Grundschwingung des Quarzoszillators 4 wird im Stand der Technik normalerweise in den Verstarkereingang des Leistungsverstarkers 3 eingespeist. Diese Einspeisung jedoch zunächst dahingehend modifiziert, daß der Quarzoszillator 4 vom Verstarkereingang des Leistungsverstarkers 3 zumindest wahrend derFurther details of a suitable electronic circuit for impedance matching by frequency variation in the form of an automatically acting feedback loop are explained with the aid of FIG. 2. First, the ICP source 13, ie specifically its coil, is initially fed in a manner known per se from DE 199 00 179 through a preferably balanced symmetrical matching network 2 from an unbalanced asymmetrical output of the ICP coil generator 17. The matching network 2 is part of the second impedance transformer 18. The ICP coil generator 17 also has a high-frequency power amplifier 3 and a quartz oscillator 4 for generating a high-frequency fundamental with a fixed frequency of, for example, 13.56 MHz. The high-frequency fundamental oscillation of the quartz oscillator 4 is normally fed into the amplifier input of the power amplifier 3 in the prior art. However, this feed is first modified in such a way that the quartz oscillator 4 from the amplifier input of the power amplifier 3 at least during the
Leistungsanderungsphasen getrennt und dessen Eingang extern, beispielsweise über eine entsprechende Eingangsbuchse, zuganglich gemacht wird. Da der Quarzoszillator 4 in dieser Ausfuhrungsform keine Funktion mehr besitzt, kann er auch geeignet deaktiviert werden.Power change phases separately and the input of which is made accessible externally, for example via a corresponding input socket. Since the quartz oscillator 4 no longer has a function in this embodiment, it can also be suitably deactivated.
Es ist im übrigen auch möglich, den Quarzoszillator 4 im stationären Fall, d.h. nach Abschluß einer Leistungsvariation, wieder auf den Verstarkereingang zu schalten und den externen Ruckkoppelungskreis zu trennen.It is also possible to use the quartz oscillator 4 in the stationary case, i.e. after completion of a power variation, switch back to the amplifier input and disconnect the external feedback loop.
Damit erfolgt ein elektrisch sehr schnell möglichesThis is a very quickly possible electrically
Umschalten zwischen internem Oszillator und externemSwitch between internal oscillator and external
Ruckkoppelungskreis, je nachdem ob die Generatorausgangsleistung gerade stationär oder inFeedback loop, depending on whether the generator output power is stationary or in
Veränderung begriffen ist.Change is underway.
Der Leistungsverstarker 3 besitzt weiter in bekannter Weise Generatorsteuereingange 9, die zur externen Steuerung des ICP-Spulengenerators 17 dienen. Darüber ist beispielsweise ein Ein- und Ausschalten des ICP-Spulengenerators 17 oder die Vorgabe einer zu erzeugenden Hochfrequenzleistung zur Einkopplung in das Plasma 14 möglich. Außerdem sind Generatorstatusausgange 9 λ zur Ruckmeldung von Generatordaten, wie beispielsweise Generatorstatus, gegenwartige Ausgangsleistung, reflektierte Leistung, Überlast usw., an ein nicht dargestelltes externes Steuergerat (Maschinensteuerung) oder die Stromversorgungseinheit 23 der Plasmaatzanlage 5 vorgesehen. Der Verstarkereingang des Leistungsverstarkers 3 wird nun im Sinne einer Ruckkopplungsschaltung zumindest zeitweise, d.h. wahrend Leistungsanderungsphasen, über ein frequenzselektives Bauteil 1 mit der ICP-Quelle 13 verbunden. Dabei können zusatzlich Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände oder Kombinationen aus derselben in an sich bekannter Weise als Spannungsteiler verschaltet und vorgesehen sein, um die hohen Spannungen, die an der Spule der ICP-Quelle 13 auftreten, auf ein als Eingangsgroße für das frequenzselektive Bauteil 1 bzw. den Verstarkereingang des Leistungsverstarkers 3 geeignetes Maß abzuschwächen. Solche Spannungsteiler sind Stand der Technik und sind in der Figur 2 lediglich durch einen Auskoppelkondensator 24 zwischen der Spule der ICP-Quelle 13 d.h. einem Signalabgriff 25 und dem frequenzselektivem Bauteil 1 angedeutet. Man kann übrigens den Signalabgriff 25 alternativ auch in die Nahe des eingezeichneten geerdeten Mittelpunkts oder Mittelabgriffes 26 der Spule der ICP- Quelle 13 verlegen, wo entsprechend geringere Spannungspegel herrschen. Je nach Abstand des Signalabgriffs 25, der beispielsweise als verstellbarer Klemmkontakt ausgeführt sein kann, vom geerdeten Mittelabgriff 26 der Spule der ICP- Quelle 13 kann eine größere oder kleinere abgegriffene Spannung eingestellt und somit gunstige Pegelverhaltnisse erreicht werden.The power amplifier 3 also has generator control inputs 9, which are used for external control of the ICP coil generator 17, in a known manner. It is also possible, for example, to switch the ICP coil generator 17 on and off or to specify a high-frequency power to be generated for coupling into the plasma 14. In addition, generator status outputs 9 λ are provided for feedback of generator data, such as generator status, current output power, reflected power, overload, etc., to an external control device (machine control) (not shown) or the power supply unit 23 of the plasma generator 5. The amplifier input of the power amplifier 3 is now connected in the sense of a feedback circuit at least temporarily, ie during power change phases, to the ICP source 13 via a frequency-selective component 1. In addition, capacitors, inductors and resistors or combinations thereof can be connected and provided in a manner known per se as a voltage divider, in order to convert the high voltages that occur at the coil of the ICP source 13 to an input variable for the frequency-selective component 1 or to weaken the amplifier input of the power amplifier 3 suitable dimension. Such voltage dividers are state of the art and are only indicated in FIG. 2 by a coupling-out capacitor 24 between the coil of the ICP source 13, ie a signal tap 25 and the frequency-selective component 1. Incidentally, the signal tap 25 can alternatively also be moved into the vicinity of the grounded center or center tap 26 of the coil of the ICP source 13, where correspondingly lower voltage levels prevail. Depending on the distance of the signal tap 25, which can be designed, for example, as an adjustable clamping contact, from the grounded center tap 26 of the coil of the ICP source 13, a greater or lesser tapped voltage can be set and favorable level relationships can thus be achieved.
Das frequenzselektive Bauteil 1 ist exemplarisch als abstimmbare Anordnung von Spulen und Kondensatoren, sogenannten LC-Resonanzkreisen dargestellt, welche zusammen ein Bandfilter bilden. Dieses Bandfilter hat als Durchlaßbereich eine gewisse vorgegebene Bandbreite von beispielsweise 0,1 MHz bis 4 MHz und eine Filterkennlinie lλ, wie sie schematisch in Figur 3 dargestellt ist. Insbesondere weist das Bandfilter eine Resonanz- oder Stationarfrequenz 1 mit maximaler Signaltransmission auf. Diese Stationarfrequenz 1 λ λ betragt im erläuterten Beispiel 13,56 MHz und kann insbesondere durch einen Schwingquarz 6 oder ein Piezokeramikfilterelement als zusatzlicherThe frequency-selective component 1 is shown as an example as a tunable arrangement of coils and capacitors, so-called LC resonance circuits, which together form a bandpass filter. This bandpass filter has a certain predetermined bandwidth as a passband of, for example, 0.1 MHz to 4 MHz and a filter characteristic curve λ , as is shown schematically in FIG. In particular, the bandpass filter has a resonance or stationary frequency 1 , Λ with maximum signal transmission. This stationary frequency 1 λ λ amounts to 13.56 MHz in the example explained and can in particular be an additional one with a quartz crystal 6 or a piezoceramic filter element
Komponente des Bandfilters exakt festgelegt werden. Es ist im übrigen auch möglich, anstelle von LC-Resonanzkreisen sogenannte piezokeramische Filterelemente oder andere, an sich bekannte frequenzselektive Bauelemente zu einem Bandfilter mit einer gewünschten Filterkennlinie, Bandbreite und Stationarfrequenz lλλ zu kombinieren.Component of the bandpass filter can be precisely defined. In addition, it is also possible to combine so-called piezoceramic filter elements or other frequency-selective components known per se to form a bandpass filter with a desired filter characteristic, bandwidth and stationary frequency λλ instead of LC resonance circuits.
Die vorstehend beschriebene Anordnung aus geregeltem Leistungsverstarker 3, Anpaßnetzwerk 2, ICP-Quelle 13 und Bandfilter stellt insgesamt eine Ruckkopplungsschaltung nach Art eines Meißner ' sehen Oszillators dar. Dieser schwingt bei Betrieb zunächst in der Nahe der Stationarfrequenz 1 Λ λ an, um sich auf eine vorgegebene Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers 3 aufzuschaukeln. Die für das Anschwingen erforderliche Phasenbeziehung zwischen Generatorausgang und Signalabgriff 25 wird dazu vorher einmalig, beispielsweise über eine Verzögerungsleitung 7 definierter Lange und damit über eine durch die Signallaufzeit definierte Phasenverschiebung oder einen an sich bekannten Phasenschieber anstelle der Verzögerungsleitung 7, eingestellt. Damit ist stets gewahrleistet, daß die Spule der ICP-Quelle 13 mit einer korrekten Phase optimal entdampft wird.The arrangement described above of regulated power amplifier 3, matching network 2, ICP source 13 and band filter represents a feedback circuit in the manner of a Meissner 'see oscillator. This oscillates during operation first in the vicinity of the stationary frequency 1 Λ λ in order to focus on one to rock out the predetermined output power of the power amplifier 3. The phase relationship between the generator output and the signal tap 25 required for the oscillation is previously set once, for example via a delay line 7 of defined length and thus via a phase shift defined by the signal transit time or a phase shifter known per se instead of the delay line 7. This always ensures that the coil of the ICP source 13 is optimally evaporated with a correct phase.
über die Verzögerungsleitung 7 wird weiter sichergestellt, daß am Ort der ICP-Quelle 13 die antreibende elektrische Spannung und der Strom in der Spule der ICP-Quelle 13 eine Resonanzphase von ungefähr 90° zueinander aufweisen. In der Praxis ist im übrigen die Resonanzbedingung der Ruckkopplungsschaltung über das frequenzselektive Bauteil 1 nicht scharf, so daß vielfach eine geringe Frequenzverschiebung in der Umgebung der Resonanz- oder Stationarfrequenz l ausreicht, um die Resonanzbedingung hinsichtlich der Phase quasi selbsttätig richtigzustellen. Daher ist es ausreichend, die Resonanzbedingung durch die äußere Beschaltung nur ungefähr richtigzustellen, damit der Resonanzkreis irgendwo in der unmittelbaren Umbegung seiner Stationarfrequenz l λ aufschwingt.Via the delay line 7 it is further ensured that at the location of the ICP source 13 the driving electrical voltage and the current in the coil of the ICP source 13 have a resonance phase of approximately 90 ° to one another. In practice, the resonance condition of the feedback circuit via the frequency-selective component 1 is otherwise not sharp, so that in many cases a slight frequency shift in the vicinity of the resonance or stationary frequency l , λ is sufficient to quasi automatically correct the resonance condition with regard to the phase. It is therefore sufficient to only approximately correct the resonance condition by the external wiring so that the resonance circuit swings up somewhere in the immediate range of its stationary frequency l λ .
Sollten sich jedoch alle Phasenverschiebungen vom Signalabgriff 25 der Spule der ICP-Quelle 13 über das Bandfilter in den Eingang des Leistungsverstarkers 3 und durch den Leistungsverstarker zum zweitenHowever, should all the phase shifts from the signal tap 25 of the coil of the ICP source 13 through the bandpass filter into the input of the power amplifier 3 and through the power amplifier to the second
Impedanztransformator 18 zurück in die Spule der ICP-Quelle 13 so ungunstig aufsummieren, daß gerade eine Bedampfung statt einer Entdampfung des Resonanzkreises stattfindet, so kann das System nicht anschwingen. Die Ruckkopplung wird dann zu einer unerwünschten Gegenkopplung anstelle der gewünschten Mitkopplung. Die Einstellung dieser zumindest naherungsweise korrekten Phase leistet die Verzögerungsleitung 7, deren Lange daher einmalig für die Plasmaatzanlage 5 so einzustellen ist, daß die Ruckkopplung konstruktiv, also entdampfend wirkt.Adding impedance transformer 18 back into the coil of ICP source 13 so unfavorably that vaporization takes place instead of vaporization of the resonance circuit, so the system cannot oscillate. The feedback then becomes an undesirable negative feedback instead of the desired positive feedback. The setting of this phase, which is at least approximately correct, is carried out by the delay line 7, the length of which is therefore to be set once for the plasma generator 5 so that the feedback has a constructive effect, that is to say it has an evaporation effect.
Insgesamt kann im Fall einer Fehlanpassung an die Plasmaimpedanz, beispielsweise wahrend schneller Leistungsanderungen, der erläuterte Ruckkopplungskreis innerhalb des Durchlaßbereiches des Bandfilters in seinerOverall, in the event of a mismatch to the plasma impedance, for example during rapid changes in power, the explained feedback loop can be located within the pass band of the bandpass filter
Frequenz ausweichen und somit stets eine weitgehend optimale Impedanzanpassung auch bei schnellen Impedanzanderungen des induktiv gekoppelten Plasmas 14 aufrechterhalten. Wahrend solcher schneller Leistungsanderungen ist der erläuterte Ruckkoppelungskreis stets aktiviert und der interne Oszillator 4 des Generators 17 deaktiviert.Dodge frequency and thus always maintain a largely optimal impedance matching even with rapid changes in impedance of the inductively coupled plasma 14. During such rapid changes in performance is the one explained Feedback loop always activated and the internal oscillator 4 of the generator 17 deactivated.
Sobald sich das induktiv gekoppelte Plasma 14 dann hinsichtlich der Plasmaimpedanz bzw. der eingekoppelten Plasmaleistung stabilisiert, wird die Frequenz des ICP- Spulengenerators 17 in die Nahe oder auf den Wert der maximalen Durchlaßfrequenz zurückkehren, die durch die Stationarfrequenz 1, Λ gegeben ist. Diese Anpassung der Impedanz durch Frequenzvariation geschieht selbsttätig und sehr schnell innerhalb weniger Schwingungsperioden der hochfrequenten, vom ICP-Spulengenerator erzeugten Wechselspannung d.h. im Mikrosekundenbereich.As soon as the inductively coupled plasma 14 then stabilizes with regard to the plasma impedance or the coupled plasma power, the frequency of the ICP coil generator 17 will return to near or to the value of the maximum pass frequency, which is given by the stationary frequency 1 , Λ . This adaptation of the impedance by frequency variation takes place automatically and very quickly within a few oscillation periods of the high-frequency alternating voltage generated by the ICP coil generator, ie in the microsecond range.
Die Verbindung zwischen dem Ausgang des Leistungsverstarkers 3 und dem Eingang des zweiten Impedanztransformators 18 leistet im übrigen die Leitung 8, die als Koaxialkabel ausgebildet und in der Lage ist, eine Leistung von einigen kWatt zu tragen.The connection between the output of the power amplifier 3 and the input of the second impedance transformer 18 is otherwise provided by the line 8, which is designed as a coaxial cable and is capable of carrying a power of a few kWatt.
Um nun eine gepulste Plasmaleistung in das induktiv gekoppelte Plasma einzukoppeln wird die Ausgangsleistung des ICP-Spulengenerators 17 beispielsweise periodisch mit einer Wiederholfrequenz von typischerweise 10 Hz bis 1 MHz, bevorzugt 10 kHz bis 100 kHz ein- und ausgeschaltet d.h. gepulst .In order to couple a pulsed plasma power into the inductively coupled plasma, the output power of the ICP coil generator 17 is switched on and off, for example, periodically with a repetition frequency of typically 10 Hz to 1 MHz, preferably 10 kHz to 100 kHz. pulsed.
Alternativ kann auch die Hullkurve der Ausgangsspannung des ICP-Spulengenerators 17 mit einer geeigneten Modulationsspannung in ihrer Amplitude moduliert werden. Derartige Vorrichtungen zur Amplitudenmodulation sind aus der Hochfrequenztechnik hinlänglich bekannt. Dazu wird beispielsweise der Generatorsteuereingang 9 zur Sollwertvorgabe der Hochfrequenzleistung des ICP- Spulengenerators 17 verwendet, um damit das die Hochfrequenzleistung des ICP-Spulengenerators 17 modulierende Signal einzuspeisen.Alternatively, the amplitude of the Hull curve of the output voltage of the ICP coil generator 17 can be modulated with a suitable modulation voltage. Such devices for amplitude modulation are well known from high frequency technology. For this purpose, the generator control input 9 is used, for example, to set the target value for the high-frequency power of the ICP Coil generator 17 is used to feed the signal that modulates the high-frequency power of the ICP coil generator 17.
Selbstverständlich müssen der ICP-Spulengenerator 17 und die übrigen betroffenen Komponenten der Plasmaatzanlage 5 beim Pulsen der Plasmaleistung so ausgelegt werden, daß sie auch die auftretenden Spitzenbelastungen (Strom- und Spannungsspitzen) ohne Schaden verarbeiten können. Aufgrund der hohen Spannungsspitzen an der induktiven Spule wirkt sich hierbei die balancierte Speisung der ICP-Quelle 13 besonders vorteilhaft auf den Erhalt gunstiger Plasmaeigenschaften aus.Of course, the ICP coil generator 17 and the other affected components of the plasma generator 5 when pulsing the plasma power must be designed so that they can handle the peak loads (current and voltage peaks) without damage. Due to the high voltage peaks at the inductive coil, the balanced supply of the ICP source 13 has a particularly advantageous effect on the maintenance of favorable plasma properties.
Typische Puls-zu-Pause-Verhaltnisse, d.h. das Verhältnis der Zeitdauer der Pulse zu der Zeitdauer der Pulspausen, bei dem erläuterten Plasmaatzprozeß mit gepulster Plasmaleistung liegen im übrigen zwischen 1:1 und 1:100. Die Amplitude der einzelnen Hochfrequenzleistungspulse zur Erzeugung der Plasmaleistungspulse liegt zweckmäßig zwischen 500 Watt und 20.000 Watt, bevorzugt bei ca. 10.000 Watt, wobei die Einstellung der mittleren Plasmaleistung beispielsweise durch eine Einstellung des Puls-zu-Pause-Verhaltnisses vorgenommen wird.Typical pulse-to-pause ratios, i.e. the ratio of the time duration of the pulses to the time duration of the pulse pauses in the plasma etching process with pulsed plasma power explained is otherwise between 1: 1 and 1: 100. The amplitude of the individual high-frequency power pulses for generating the plasma power pulses is expediently between 500 watts and 20,000 watts, preferably approximately 10,000 watts, the mean plasma power being set, for example, by adjusting the pulse-to-pause ratio.
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel sieht in Weiterfuhrung des vorstehend erläuterten Ausfuhrungsbeispiels vor, daß das über die Magnetfeldspule 21 erzeugte Magnetfeld nunmehr ebenfalls gepulst wird. Dabei sei jedoch betont, daß der Einsatz eines konstanten oder gepulsten Magnetfeldes zwar vorteilhaft für das erfindungsgemaße Verfahren zur Plasmaatzung mit Plasmaleistungspulsen, jedoch nicht zwingend ist. Je nach Einzelfall kann auf ein zusatzliches Magnetfeld auch verzichtet werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Pulsung des Magnetfeldes, die in einfacher Weise über entsprechende von der Stromversorgungseinheit 23 erzeugte Strompulse hervorgerufen wird, derart, daß das Magnetfeld nur dann erzeugt wird, wenn gleichzeitig auch ein Hochfrequenzleistungspuls zur Erzeugung bzw. Einkopplung von Plasmaleistung in das induktiv gekoppelte Plasma 14 an der ICP-Quelle 13 ansteht. Solange keine Plasmaleistung eingekoppelt oder kein Plasma angeregt wird, ist in der Regel auch keine Magnetfeldunterstutzung erforderlich .A further exemplary embodiment provides in a continuation of the exemplary embodiment explained above that the magnetic field generated via the magnetic field coil 21 is now also pulsed. However, it should be emphasized that the use of a constant or pulsed magnetic field is advantageous for the method according to the invention for plasma etching with plasma power pulses, but is not essential. Depending on the individual case, an additional magnetic field can also be dispensed with. The pulsation of the magnetic field, which is produced in a simple manner via corresponding current pulses generated by the power supply unit 23, is particularly preferably carried out in such a way that the magnetic field is only generated when a high-frequency power pulse for generating or coupling plasma power into the inductively coupled plasma is also generated at the same time 14 is pending at the ICP source 13. As long as no plasma power is coupled in or no plasma is excited, no magnetic field support is usually required.
Eine derartige zeitliche Synchronisation von Hochfrequenzleistungspulsen zur Einkopplung von Plasmaleistung in das Plasma 14 und Strompulsen durch die Magnetfeldspule 21 wird mit Hilfe der Figur 4 erläutert. Dabei wird der Spulenstrom durch die Magnetfeldspule 21 jeweils kurz vor einem Hochfrequenzleistungspuls eingeschaltet und kurz nach dem Ende dieses Pulses wieder ausgeschaltet. Die zeitliche Synchronisation der Strom- bzw. Plasmaleistungspulse kann dabei in einfacher Weise durch einen beispielsweise in die Stromversorgungseinheit 23 integrierten, an sich bekannten Pulsgeber gewahrleistet werden, der mit zusatzlichen Zeitgliedern versehen ist, um den Plasmaleistungspuls mit einer gewissen Verzögerung von beispielsweise 10 % der eingestelltenSuch a temporal synchronization of high-frequency power pulses for coupling plasma power into the plasma 14 and current pulses through the magnetic field coil 21 is explained with the aid of FIG. 4. The coil current through the magnetic field coil 21 is switched on shortly before a high-frequency power pulse and switched off again shortly after the end of this pulse. The temporal synchronization of the current or plasma power pulses can be ensured in a simple manner by means of a pulse generator known per se, for example integrated into the power supply unit 23, which is provided with additional timing elements in order to provide the plasma power pulse with a certain delay of, for example, 10% of the set one
Hochfrequenzimpulsdauer nach dem Einschalten des Stroms der Magnetfeldspule 21 aufzuschalten bzw. diesen Strom mit einer gewissen Verzögerung von beispielsweise 10 % der eingestellten Hochfrequenzimpulsdauer nach dem Ende desHigh frequency pulse duration after switching on the current of the magnetic field coil 21 or this current with a certain delay of, for example, 10% of the set high frequency pulse duration after the end of the
Plasmaleistungspulses wieder auszuschalten. Dazu ist weiter auch eine Verbindung von Stromversorgungseinheit 23 und ICP- Spulengenerator 17 vorgesehen. Solche Synchronisationsschaltungen und entsprechende Zeitglieder zur Herstellung der benotigten Zeitverzogerungen sind Stand der Technik und allgemein bekannt. Dazu ist die Stromversorgungseinheit 23 weiter mit dem ICP- Spulengenerator 17 in Verbindung. Im übrigen sei betont, daß die Dauer eines Strompulses durch die Magnetfeldspule 21 vorteilhaft stets etwas langer als die Dauer eines Plasmaleistungspulses ist.Switch off the plasma power pulse again. For this purpose, a connection between the power supply unit 23 and the ICP coil generator 17 is also provided. Such synchronization circuits and corresponding timers for Production of the time delays required are state of the art and generally known. For this purpose, the power supply unit 23 is further connected to the ICP coil generator 17. It should also be emphasized that the duration of a current pulse through the magnetic field coil 21 is advantageously always somewhat longer than the duration of a plasma power pulse.
Typische Wiederholraten oder Pulsraten orientieren sich an der Induktivität der Magnetfeldspule 21, die dieTypical repetition rates or pulse rates are based on the inductance of the magnetic field coil 21, which
Anderungsgeschwindigkeit des Spulenstroms begrenzt. Eine Wiederholrate von einigen 10 Hz bis 10 kHz ist, abhangig von deren Geometrie, für die meisten Magnetfeldsspulen 21 realistisch. Typische Puls-zu-Pause-Verhaltnisse für die Plasmaleistungspulse liegen zwischen 1:1 und 1:100.Rate of change of the coil current is limited. A repetition rate of a few 10 Hz to 10 kHz, depending on their geometry, is realistic for most magnetic field coils 21. Typical pulse-to-pause ratios for the plasma power pulses are between 1: 1 and 1: 100.
In diesem Zusammenhang ist weiter vorgesehen, die aus DE 197 34 278.7 bekannte und bereits vorstehend erläuterte Apertur unterhalb der Magnetfeldspule 21 einige cm über dem Substrat 10 oder der Substratelektrode 11, die das Substrat 10 tragt, einzusetzen. Durch diese Apertur verbessert sich einerseits die Uniformitat der Atzung über die Substratoberflache insbesondere mit einer symmetrisch gespeisten ICP-Quelle 13 deutlich. Gleichzeitig reduziert sie auch das zeitvariable Magnetfeld - die Transienten - am Ort des Substrates 10.In this context, it is further provided to use the aperture known from DE 197 34 278.7 and already explained above below the magnetic field coil 21 a few cm above the substrate 10 or the substrate electrode 11 which carries the substrate 10. This aperture on the one hand significantly improves the uniformity of the etching across the substrate surface, in particular with a symmetrically fed ICP source 13. At the same time, it also reduces the time-variable magnetic field - the transients - at the location of the substrate 10.
Dabei fuhren Wirbelstrome in dem Aperturring der Apertur zu einer Bedampfung der zeitvariablen Magnetfeldanteile unmittelbar vor dem Substrat 10, so daß Induktionsvorgange auf dem Substrat 10 selbst abgeschwächt werden.Eddy currents in the aperture ring of the aperture lead to an evaporation of the time-variable magnetic field components immediately in front of the substrate 10, so that induction processes on the substrate 10 itself are weakened.
Derartige sich ändernde Magnetfelder, sogenannte Transienten, konnten an Antennenstrukturen auf dem Substrat 10 Spannungen induzieren, die ihrerseits wieder zu Schädigungen des Substrates 10 fuhren können, wenn dieses beispielsweise integrierte Schaltkreise oder insbesondere Feldeffekttransistoren aufweist.Such changing magnetic fields, so-called transients, could induce voltages on antenna structures on the substrate 10, which in turn can lead to damage to the substrate 10 if it does so for example, has integrated circuits or in particular field effect transistors.
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel sieht in Weiterfuhrung der vorstehenden Ausfuhrungsbeispiele vor, daß neben der Pulsung der Plasmaleistung über den ICP-Spulengenerator, gegebenenfalls wie vorstehend erläutert unter gleichzeitigem Einsatz eines zeitlich konstanten oder gepulsten Magnetfeldes, nun auch die über die Substratelektrode 11 an dem Substrat 10 anliegende, von demA further exemplary embodiment provides, in a continuation of the above exemplary embodiments, that in addition to the pulsing of the plasma power via the ICP coil generator, if appropriate as explained above with simultaneous use of a temporally constant or pulsed magnetic field, now also the one applied to the substrate 10 via the substrate electrode 11. of the
Substratspannungsgenerator 12 erzeugte Hochfrequenzleistung gepulst wird, und daß diese Pulsungen von Plasmaleistung und Substratspannung oder von Plasmaleistung, Substratspannung und Magnetfeld insbesondere miteinander synchronisiert werden.High voltage power generated by the substrate voltage generator 12 is pulsed, and that these pulsations of plasma power and substrate voltage or of plasma power, substrate voltage and magnetic field are in particular synchronized with one another.
Im einzelnen erfolgt die Pulsung der in die Substratelektrode 11 eingekoppelten gepulsten Hochfrequenzleistung bevorzugt derart, daß über den Substratspannungsgenerator 12 nur wahrend der Dauer der über den ICP-Spulengenerator 17 erzeugten Plasmaleistungspulse eine Hochfrequenzleistung in das Substrat 10 eingekoppelt wird. Dazu werden beispielsweise ein oder mehrere Hochfrequenzleistungspulse mit dem Substratspannungsgenerator 12 wahrend einesIn particular, the pulsing of the pulsed high-frequency power coupled into the substrate electrode 11 preferably takes place in such a way that high-frequency power is coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12 only during the duration of the plasma power pulses generated via the ICP coil generator 17. For this purpose, for example, one or more high-frequency power pulses with the substrate voltage generator 12 during one
Plasmaleistungspulses, also bei maximaler Plasmadichte an positiv geladenen Ionen und Elektronen, eingesetzt.Plasma power pulse, i.e. at maximum plasma density of positively charged ions and electrons.
Alternativ kann die Pulsung der in die Substratelektrode 11 eingekoppelten Hochfrequenzleistung jedoch auch derart erfolgen, daß ein oder mehrereAlternatively, the pulsing of the high-frequency power coupled into the substrate electrode 11 can, however, also take place in such a way that one or more
Substratspannungsgeneratorpulse nur wahrend der Impulspausen der Plasmaleistungsspulse angelegt werden. In diesem Fall wird die über den Substratspannungsgenerator eingekoppelte Hochfrequenzleistung gerade dann eingekoppelt, wenn die Plasmaerzeugung nicht aktiv ist, also bei minimaler Dichte an positiv geladenen Ionen und Elektronen, aber maximaler Dichte an negativ geladenen Ionen, sogenannten Anionen, welche aus der Rekombination von Elektronen undSubstrate voltage generator pulses are only applied during the pulse pauses of the plasma power pulses. In this case, the one coupled in via the substrate voltage generator High-frequency power is coupled in when the plasma generation is not active, i.e. with a minimum density of positively charged ions and electrons, but a maximum density of negatively charged ions, so-called anions, which result from the recombination of electrons and
Neutralteilchen in den Anregungspausen im zusammenbrechenden Plasma entstehen. Diese Zeitphasen eines gerade abgeschalteten Plasmas, das sogenannte "afterglow regime", d.h. die "Nachleuchtphase" des gerade abgeschalteten Plasmas, werden durch Rekombinationsprozesse von Elektronen und positiv geladenen Ionen oder Neutralteilchen dominiert. Wenn m dieser Nachleuchtphase dieNeutral particles are created in the breakdown of excitation in the collapsing plasma. These time phases of a plasma just switched off, the so-called "afterglow regime", i.e. the "afterglow phase" of the plasma just switched off are dominated by recombination processes of electrons and positively charged ions or neutral particles. If in this afterglow phase the
Substratelektrodenleistung in Form von einem oder mehreren Pulsen aktiviert wird, fuhrt dies auf dem zu bearbeitenden Substrat 10 bei gewissen Anwendungen, wie beispielsweise im Fall eines Atzstoppes auf einem vergrabenen Dielektrikum wie Si02 bei gleichzeitig hohen Aspektverhaltnisses der erzeugten Trenchgraben, zu wünschenswerten Wafereffekten, die insbesondere durch das vermehrte Einwirken von negativ geladenen Ionen hervorgerufen werden, die ansonsten beiIf substrate electrode power is activated in the form of one or more pulses, this leads to desirable wafer effects on the substrate 10 to be processed in certain applications, such as, for example, in the case of an etch stop on a buried dielectric such as SiO 2 with a simultaneously high aspect ratio of the trench trench produced, which in particular caused by the increased exposure to negatively charged ions, which otherwise
Plasmaatzprozessen praktisch keine Rolle spielen. Eine in diesem Zusammenhang besonders vorteilhafte, spezielle Ausfuhrung dieser zeitlichen Korrelation von Plasmaleistungspulsen und in die Substratelektrode 11 eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulsen ist dadurch gegeben, daß die Plasmaerzeugung im wesentlichen im Dauerstrich stattfindet und jeweils nur kurzzeitig abgeschaltet wird, um innerhalb dieser kurzen Abschaltpausen des ICP-Spulengenerators 17 einen Hochfrequenzleistungspuls über den Substratspannungsgenerator 12 in das Substrat 10 einzukoppeln . Insgesamt unterbricht man damit periodisch kurzzeitig mit der Wiederholfrequenz des Erscheinens der Substratspannungsgeneratorpulse den ICP-Spulengenerator 17 für eine Zeitdauer, die langer, insbesondere geringfügig langer als die Pulsdauer desPlasma etching processes play practically no role. A particularly advantageous, in this context, special implementation of this temporal correlation of plasma power pulses and high-frequency power pulses coupled into the substrate electrode 11 is provided in that the plasma generation takes place essentially in a continuous wave and is only switched off briefly in each case in order to within this short switch-off pause of the ICP coil generator 17 to couple a high-frequency power pulse into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12. Overall, the ICP coil generator 17 is thus periodically briefly interrupted with the repetition frequency of the appearance of the substrate voltage generator pulses for a period of time that is longer, in particular slightly longer than the pulse duration of the
Substratspannungsgeneratorpulses ist. Das Puls-zu-Pause- Verhaltnis des ICP-Spulengenerators 17 betragt in diesem Fall typischerweise 1:1 bis 20:1.Substrate voltage generator pulse is. In this case, the pulse-to-pause ratio of the ICP coil generator 17 is typically 1: 1 to 20: 1.
Je nach konkretem Atzprozeß bestehen eine Vielzahl von weiteren Möglichkeiten der zeitlichen Synchronisation oder Korrelation von über den Substratspannungsgenerator 12 in das Substrat 10 eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulsen und in das induktiv gekoppelte Plasma 14 eingekoppelten Plasmaleistungspulsen. So können die Substratspannungsgeneratorpulse sowohl wahrend der Plasmaleistungsspulse als auch wahrend der Plasmaleistungsspausen eingekoppelt werden d.h. es wird beispielsweise wahrend eines Plasmaleistungspulses jeweils ein Substratspannungsgeneratorpuls und wahrend einer Plasmaleistungspause jeweils ein weitererDepending on the specific etching process, there are a multitude of further possibilities for temporal synchronization or correlation of high-frequency power pulses coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12 and plasma power pulses coupled into the inductively coupled plasma 14. The substrate voltage generator pulses can thus be coupled in both during the plasma power pulses and during the plasma power pauses, i.e. for example, one substrate voltage generator pulse is generated during a plasma power pulse and another during a plasma power pause
Substratspannungsgeneratorpuls gesetzt. Die Verhaltnisse der Pulsanzahlen des Substratspannungsgenerators 12 in den Phasen "Plasma an" und "Plasma aus" können dabei im Einzelfall weitgehend frei gewählt werden.Substrate voltage generator pulse set. The ratios of the pulse numbers of the substrate voltage generator 12 in the phases “plasma on” and “plasma off” can be chosen largely freely in individual cases.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Substratspannungsgeneratorpulse nur wahrend abfallender und/oder ansteigender Impulsflanken der Plasmaleistungspulse einzusetzen d.h. bei beginnender "Afterglow-Phase" oder beim Hochlaufen der Plasmaerzeugung. Die jeweils optimale zeitliche Korrelation von Plasmaleistungspulsen und Substratspannungsgeneratorpulsen muß dabei vom Fachmann im Einzelfall für den jeweiligen Atzprozeß oder das jeweils geatzte Substrat anhand von einfachen Testatzungen ermittelt werden. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die zeitliche Synchronisation oder Korrelation der über den Substratspannungsgenerator 17 in das Substrat 10 eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulse mit den Plasmaleistungspulsen derart, daß die Pulsdauer derAnother possibility is to use the substrate voltage generator pulses only during falling and / or rising pulse edges of the plasma power pulses, ie when the "afterglow phase" begins or when the plasma generation starts up. The optimum correlation of plasma power pulses and substrate voltage generator pulses in each case must be determined by the person skilled in the art in individual cases for the respective etching process or the respectively etched substrate on the basis of simple test statutes. The temporal synchronization or correlation of the high-frequency power pulses coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 17 with the plasma power pulses is very particularly preferably such that the pulse duration of the
Hochfrequenzleistungspulse so kurz eingestellt wird, daß ein Einzelpuls jeweils nur wenige Schwingungsperioden, insbesondere weniger als 10 Schwingungsperioden, der hochfrequenten Grundschwingung der im Substratspannungsgenerator erzeugten hochfrequenten Wechselspannung andauert.High-frequency power pulses are set so short that a single pulse only lasts a few oscillation periods, in particular less than 10 oscillation periods, of the high-frequency fundamental oscillation of the high-frequency alternating voltage generated in the substrate voltage generator.
Im einzelnen wird dazu beispielsweise eine Frequenz von 13,56 MHz für die Grundschwingung der in das Substrat einzukoppelnden Hochfrequenzleistungspulse benutzt, so daß die Dauer einer Schwingungsperiode der hochfrequenten Grundschwingung ca. 74 ns betragt. Im Fall von 10 Schwingungsperioden ergibt sich somit eine Pulsdauer der Substratspannungsgeneratorpulse von lediglich 740 ns . Somit wird bei einer Wiederholfrequenz der Einzelimpulse der Subtratspannungsgeneratorpulse von beispielsweise 200 kHz, entsprechend einem Pulsabstand von 5000 ns, und einer Pulslange von beispielsweise 500 ns, d.h. ungefähr 7 Schwingungsperioden der hochfrequenten Grundschwingung von 13,56 MHz, ein Puls-zu-Pause-Verhaltnis von 1:9 eingestellt. Zur Erreichung einer im zeitlichen Mittel ca. 20 Watt großen, in das Substrat 10 eingekoppeltenSpecifically, for example, a frequency of 13.56 MHz is used for the basic oscillation of the high-frequency power pulses to be coupled into the substrate, so that the duration of one oscillation period of the high-frequency basic oscillation is approximately 74 ns. In the case of 10 oscillation periods, this results in a pulse duration of the substrate voltage generator pulses of only 740 ns. Thus, at a repetition frequency of the individual pulses of the substrate voltage generator pulses of, for example, 200 kHz, corresponding to a pulse interval of 5000 ns, and a pulse length of, for example, 500 ns, i.e. approximately 7 oscillation periods of the high-frequency fundamental of 13.56 MHz, a pulse-to-pause ratio of 1: 9 set. To achieve an average of approximately 20 watts, which is coupled into the substrate 10
Hochfrequenzleistung ist demnach eine Maximalleistung der Substratspannungsgeneratorpulse von 200 Watt erforderlich, die über entsprechend große Hochfrequenzamplituden erhalten wird.High-frequency power therefore requires a maximum power of the substrate voltage generator pulses of 200 watts, which is obtained via correspondingly large high-frequency amplitudes.
Die Maximalleistung der einzelnenThe maximum performance of each
Substratspannungsgeneratorpulse kann jedoch auch weitaus geringer oder weitaus hoher sein und beispielsweise bis zu 1200 Watt erreichen. Die im zeitlichen Mittel in das Substrat 10 eingekoppelte Hochfrequenzleistung betragt im erläuterten Beispiel dann jeweils ein Zehntel des jeweiligen Maximalwertes der Einzelpulse.However, substrate voltage generator pulses can also be much lower or much higher, for example up to Reach 1200 watts. The high-frequency power coupled into the substrate 10 on average over time then amounts in the illustrated example to one tenth of the respective maximum value of the individual pulses.
Als Parameter zur Einstellung der im zeitlichen Mittel in das Substrat 10 eingekoppelten Hochfrequenzleistung steht somit neben der Wahl des Puls-zu-Pause-Verhaltnisses auch der Maximalwert der Leistung eines einzelnen Substratspannungsgeneratorpulses zur Verfugung. Daher kann entweder die Maximalleistung wahrend derIn addition to the choice of the pulse-to-pause ratio, the maximum value of the power of an individual substrate voltage generator pulse is thus available as a parameter for setting the high-frequency power coupled into the substrate 10 over time. Therefore, either the maximum power during the
Substratspannungsgeneratorpulse auf einen festen Wert von beispielsweise 1 kWatt festgelegt und das Puls-zu-Pause- Verhaltnis so geregelt werden, daß ein voreingestellter zeitlicher Mittelwert der Hochfrequenzleistung in dasSubstrate voltage generator pulses are set to a fixed value of, for example, 1 kWatt and the pulse-to-pause ratio is regulated in such a way that a preset mean value of the high-frequency power in the
Substrat 10 eingekoppelt wird, oder umgekehrt das Puls-zu- Pause-Verhaltnis fest eingestellt werden und die Maximalleistung wahrend der Substratspannungsgeneratorpulse entsprechend so geregelt werden, daß dieser zeitliche Leistungsmittelwert erreicht wird.Substrate 10 is coupled, or vice versa, the pulse-to-pause ratio is fixed and the maximum power during the substrate voltage generator pulses are regulated accordingly so that this temporal average power value is reached.
Zur Realisierung dieser Regelung wird beispielsweise eine Sollwertvorgabe der in das Substrat 10 einzukoppelnden Hochfrequenzleistung der Maschinensteuerung der Plasmaatzanlage 5 als analoge Spannungsgroße in eineTo implement this regulation, for example, a setpoint specification of the high-frequency power to be coupled into the substrate 10 of the machine control of the plasma generator 5 is converted into an analog voltage quantity
Wiederholfrequenz von Einzelimpulsen umgesetzt, so daß die vom Substratspannungsgenerator 12 abgegebene, und an die Maschinensteuerung ruckgemeldete Durchschittsleistung als zeitlicher Mittelwert genau der Sollwertvorgabe entspricht. Zur Übersetzung einer analogen Spannungsvorgabe in eine Frequenz werden dazu an sich bekannte, sogenannte U/f- Wandlerbausteme (Spannungs/Frequenzwandler) bzw. VCO ' s („Voltage Controlled Oscillator") eingesetzt. Die Erzeugung von Hochfrequenzpulsen im angegebenen Kurzzeitbereich mit dem Substratspannungsgenerator 12 ist an sich technisch relativ unproblematisch, da Hochfrequenzgeneratoren kommerziell erhaltlich sind, die eine Anstiegs- und Abfallzeit von 30 ns aufweisen und Pulsdauern von 100 ns bei Spitzenleistungen bis hin zu mehreren Kilowatt bewältigen können.Repetition frequency of individual pulses implemented so that the average power output from the substrate voltage generator 12 and reported back to the machine controller corresponds exactly to the setpoint value as a time average. To translate an analog voltage specification into a frequency, known so-called V / f converter construction systems (voltage / frequency converters) or VCOs ("voltage controlled oscillator") are used. The generation of high-frequency pulses in the specified short-term range with the substrate voltage generator 12 is per se technically relatively unproblematic, since high-frequency generators are commercially available which have a rise and fall time of 30 ns and can handle pulse durations of 100 ns at peak powers up to several kilowatts.
Die erläuterten, in das Substrat 10 eingekoppelten und mit dem Substratspannungsgenerator 12 erzeugtenThe explained, coupled into the substrate 10 and generated with the substrate voltage generator 12
Hochfrequenzleistungspulse im Bereich einiger hundert Nanosekunden werden im übrigen zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit bevorzugt derart erzeugt, daß das hochfrequente Signal innerhalb eines Einzelimpulses immer gleich aussieht. Dazu werden für einen Einzelimpuls beispielsweise immer drei volle hochfrequente Schwingungsperioden der 13,56 MHz Grundschwingung so herausgeschnitten, daß der hochfrequente Signalverlauf zu Beginn jedes Einzelimpulses jeweils mit einem Nulldurchgang und einem ansteigenden Sinus beginnt und zum Ende desIn order to improve reproducibility, high-frequency power pulses in the range of a few hundred nanoseconds are preferably generated in such a way that the high-frequency signal always looks the same within a single pulse. For this purpose, for example, three full high-frequency oscillation periods of the 13.56 MHz basic oscillation are always cut out for an individual pulse so that the high-frequency signal curve begins at the beginning of each individual pulse with a zero crossing and an increasing sine and at the end of the
Einzelimpulses jeweils mit einem Nulldurchgang und ebenfalls einem ansteigenden Sinus endet.Single pulse ends with a zero crossing and also an increasing sine.
Diese Synchronisation von Einzelimpulsverlauf und Verlauf der hochfrequenten Grundschwingung kann alternativ auch derart erfolgen, daß zu Beginn eines Einzelimpulses gerade eine positive Sinushalbwelle der hochfrequenten Grundschwingung beginnt und zum Ende eines Einzelimpulses gerade eine positive Halbwelle endet, d.h. der Einzelimpuls umfaßt eine um 1 größere Zahl von positiven Sinushalbwellen als negative Sinushalbwellen. Umgekehrt kann durch entsprechende Synchronisation unter sonst gleichen Verhaltnissen auch eine um 1 größere Zahl von negativen Sinushalbwellen als positiven Sinushalbwellen in einen Einzelimpuls gelegt werden, indem der Einzelimpuls mit einer negativen Sinushalbwelle des hochfrequenten Signals beginnt und endet.This synchronization of the individual pulse curve and the course of the high-frequency basic oscillation can alternatively also take place in such a way that a positive sine half-wave of the high-frequency basic oscillation begins at the beginning of a single pulse and a positive half-wave ends at the end of an individual pulse, i.e. the single pulse comprises a larger number of positive ones Half sine waves as negative half sine waves. Conversely, a corresponding number of negative sine half-waves as positive sine half-waves can be combined into one by corresponding synchronization under otherwise identical conditions Single pulse can be placed by the single pulse begins and ends with a negative sine half-wave of the high-frequency signal.
Ohne die erläuterte Synchronisation konnte die Zahl positiver und negativer Sinushalbwellen in den erzeugten Hochfrequenzpulsen unterschiedlich ausfallen, wobei in Grenzfallen Unterschiede von bis zu zwei Sinushalbwellen möglich waren. Dies führte besonders bei einer nur geringen Anzahl von Schwingungsperioden innerhalb eines über denWithout the synchronization described, the number of positive and negative sine half-waves in the generated high-frequency pulses could be different, with differences of up to two sine half-waves being possible in limit cases. This led especially with a small number of oscillation periods within one over the
Substratspannungsgenerator 17 erzeugten Hochfrequenzpulses zu stochastischen Abweichungen der Signalverlaufe der Einzelpulse und insbesondere zu langsam fluktuierenden Verhaltnissen hinsichtlich der Anzahl der positiven und negativen Sinushalbwellen, was die Reproduzierbarkeit des gesamten Atzprozesses negativ beeinflußt.Substrate voltage generator 17 generated high-frequency pulse to stochastic deviations in the signal curves of the individual pulses and in particular to slowly fluctuating conditions with regard to the number of positive and negative sine half-waves, which negatively affects the reproducibility of the entire etching process.
Um zu gewahrleisten, daß immer der gleiche hochfrequente Spannungsverlauf innerhalb eines Einzelimpulses des Substratspannungsgenerators 12 vorliegt, wird daher zur Synchronisation der Einzelimpulse mit der hochfrequenten Grundschwingung bevorzugt die mit Hilfe der Figur 5 erläuterte elektronische Schaltung in diesem Ausfuhrungsbeispiel zusatzlich mit dem Substratspannungsgenerator 12 integriert ausgeführt.In order to ensure that the same high-frequency voltage curve is always present within a single pulse of the substrate voltage generator 12, the electronic circuit explained with the aid of FIG. 5 is preferably additionally integrated with the substrate voltage generator 12 in this exemplary embodiment in order to synchronize the individual pulses with the high-frequency fundamental oscillation.
Im einzelnen sieht die Schaltung gemäß Figur 5 zunächst eine Steuervorrichtung 32 mit einem integrierten Frequenzgenerator vor, der ein Rechtecksignal mit der Frequenz vorgibt, mit der die Einzelimpulse in das Substrat 10 eingekoppelt werden sollen, beispielsweise 200 kHz. Diese Wiederholfrequenz kann jedoch alternativ auch - bei fest vorgewählter Impulsspitzenleistung des Substratspannungsgenerators 12 - aus der Sollwertvorgabe einer Durchschnittsleistung der Anlagensteuerung der Plasmaatzanlage 5 so abgeleitet werden, daß die vom Substratspannungsgenerator 12 in Form von Einzelimpulsen abgegebene und an die Maschinensteuerung ruckgemeldete Durchschnittsleistung der als Sollwert vorgegebenenIn detail, the circuit according to FIG. 5 initially provides a control device 32 with an integrated frequency generator, which specifies a square-wave signal with the frequency with which the individual pulses are to be coupled into the substrate 10, for example 200 kHz. However, this repetition frequency can alternatively also - from the setpoint specification - with a permanently preselected pulse peak power of the substrate voltage generator 12 an average power of the system control of the plasma set 5 are derived in such a way that the average power given by the substrate voltage generator 12 in the form of individual pulses and reported back to the machine control as the setpoint
Durchschnittsleistung entspricht, was beispielsweise durch eine einfache Spannungs-Frequenzwandlung mit entsprechender Kalibrierung erreicht wird.Average power corresponds to what is achieved, for example, by a simple voltage-frequency conversion with appropriate calibration.
Die Rechteckausgangsspannung des Frequenzgenerators derThe square wave output voltage of the frequency generator
Steuervorrichtung 32 wird im weiteren dann zunächst in einer an sich bekannten U/f-Wandlervorrichtung 34 in eine zugeordnete Frequenz gewandelt und gleichzeitig an den D- Eingang und den Clear-Eingang (CLR-Eingang) eines D- Flipflops 35 angelegt. Damit bleibt das D-Flipflop 35 solange geloscht (O-Pegel an Clear) und kann auch nicht gesetzt werden (O-Pegel an D-Eingang) , solange die Rechteckspannung einen O-Pegel aufweist.In the following, control device 32 is then first converted into an assigned frequency in a U / f converter device 34 known per se and at the same time applied to the D input and the clear input (CLR input) of a D flip-flop 35. The D flip-flop 35 thus remains erased (O level at Clear) and cannot be set (O level at D input) as long as the square wave voltage is at an O level.
Am Takteingang des D-Flipflops 35 liegt weiter über einen einstellbaren Phasenschieber 30 eine unter Umstanden geeignet aufbereitete Oszillatorspannung eines Hochfrequenzgenerators 31 an, der eine hochfrequente Wechselspannung von beispielsweise 13,56 MHz erzeugt. Dieser Ausgang wird bei kommerziell verfugbaren HF-Generatoren als CEX-Ausgang bezeichnet („Common Exciter") .At the clock input of the D flip-flop 35, an oscillator voltage of a high-frequency generator 31, which is suitably prepared under certain circumstances, is applied via an adjustable phase shifter 30 and generates a high-frequency AC voltage of, for example, 13.56 MHz. In the case of commercially available HF generators, this output is referred to as the CEX output (“common exciter”).
Sobald nun das Rechtecksignal des Frequenzgenerators von 0 auf 1 gewechselt hat, wird das D-Flipflop 35 jedesmal von der nächsten, darauffolgenden positiven Sinushalbwelle der hochfrequenten Wechselspannung des HF-Generators 31 gesetzt und bleibt solange gesetzt, bis das Rechtecksignal des Frequenzgenerators wieder von 1 auf 0 zurückschaltet und über den Clear-Eingang das D-Flipflop 35 mittels O-Pegel zurücksetzt .As soon as the square-wave signal of the frequency generator has changed from 0 to 1, the D flip-flop 35 is set each time by the next, subsequent positive sine half-wave of the high-frequency AC voltage of the RF generator 31 and remains set until the square-wave signal of the frequency generator goes from 1 to 1 again 0 switches back and resets the D flip-flop 35 by means of the O level via the clear input.
Der Ausgang des D-Flipflops 35 ist weiter so mit dem Takteingang eines Monoflops 33 verbunden, daß das Monoflop 33 gleichzeitig mit dem Setzen des D-Flipflops 35 einen Einzelimpuls abgibt, dessen Impulsdauer über eine in das Monoflop 33 integrierte Widerstands-Kondensator-Kombination weitgehend frei, insbesondere sehr kurz d.h. kleiner als 100 ns gewählt werden kann. Dieser Einzelimpuls desThe output of the D flip-flop 35 is further connected to the clock input of a monoflop 33 in such a way that the monoflop 33 simultaneously emits a single pulse when the D flip-flop 35 is set, the pulse duration of which is largely via a resistor-capacitor combination integrated in the monoflop 33 free, especially very short ie less than 100 ns can be selected. This single pulse of
Monoflops 33 wird dem Pulseingang des Hochfrequenzgenerators 31 zugeführt und veranlaßt diesen, wahrend der Dauer des angelegten Einzelimpulses am Generatorausgang 36 einen hochfrequenten Ausgangsimpuls, d.h. ein aus wenigen hochfrequenten Schwingungsperioden bestehendesMonoflops 33 are fed to the pulse input of the high-frequency generator 31 and, during the duration of the single pulse applied to the generator output 36, causes a high-frequency output pulse, i.e. one consisting of a few high-frequency oscillation periods
Spannungspaket abzugeben. Damit ist das Ausgangssignal am Generatorausgang 36 stets synchron zu der hochfrequenten Grundschwingung des internen Hochfrequenzgenerators 31, so daß das Ausgangssignal des Substratspannungsgenerators 12 am Ausgang 36, d.h. die erzeugten und über das Substrat 10 eingekoppelten Substratspannungsgeneratorpulse stets gleich aussehen.Submit voltage package. Thus, the output signal at the generator output 36 is always synchronous with the high-frequency fundamental oscillation of the internal high-frequency generator 31, so that the output signal of the substrate voltage generator 12 at the output 36, i.e. the substrate voltage generator pulses generated and coupled in via the substrate 10 always look the same.
Die beschriebene Kombination aus D-Flipflop 35 und Monoflop 33 garantiert, daß pro Rechteckperiode desThe combination of D flip-flop 35 and monoflop 33 described guarantees that per square period of
Frequenzgenerators nur ein einziger Einzelimpuls von vorgewählter Dauer erzeugt wird, der zur hochfrequenten Wechselspannung des Hochfrequenzgenerators 31 synchronisiert ist. Damit erzeugt der Substratspannunsgenerator 12 Ausgangsimpulse einstellbarer Dauer und stets gleichenFrequency generator only a single pulse of a selected duration is generated, which is synchronized to the high-frequency AC voltage of the high-frequency generator 31. The substrate voltage generator thus generates 12 output pulses of adjustable duration and always the same
Signalverlaufes, die zu der hochfrequenten Grundschwingung des Hochfrequnezgenerators 31 synchronisiert sind. Der Phasenschieber 30 zwischen CEX-Ausgang des Hochfrequenzgenerators 31 und dem Takteingang des D- Flipflops 34 erlaubt es, die Phasenlage der in jedem Einzelimpuls bzw. Ausgangsimpuls des Hochfrequenzgenerators 31 enthaltenen hochfrequenten Schwingungsperioden innerhalb der Pulsbreite zu variieren. Der Phasenschieber kann damit insbesondere so abgeglichen werden, daß die hochfrequenten Schwingungsperioden der Wechselspannung gerade mit dem Einsetzen des Ausgangsimpulses des Substratspannungsgenerators 12 beginnen und mit demSignal waveform, which are synchronized to the high-frequency fundamental of the high-frequency generator 31. The phase shifter 30 between the CEX output of the high-frequency generator 31 and the clock input of the D flip-flop 34 makes it possible to vary the phase position of the high-frequency oscillation periods contained in each individual pulse or output pulse of the high-frequency generator 31 within the pulse width. The phase shifter can thus be adjusted in particular so that the high-frequency oscillation periods of the alternating voltage begin with the onset of the output pulse of the substrate voltage generator 12 and with the
Abklingen dieses Ausgangsimpulses enden, so daß jeder Ausgangsimpuls gerade eine ganze Zahl von Schwingungsperioden bzw. Sinushalbwellen umfaßt. Im einfachsten Fall ist der Phasenschieber 30 ein Koaxialkabel von definierter Lange als Verzögerungsleitung.Decay of this output pulse ends, so that each output pulse comprises just a whole number of oscillation periods or sine half-waves. In the simplest case, the phase shifter 30 is a coaxial cable of a defined length as a delay line.
Die in Figur 5 beschriebene Schaltung ist im übrigen lediglich exemplarisch. An deren Stelle kommen weiter auch andere Vorrichtungen, beispielsweise ein Synchronteiler, welcher die Frequenz des generatorinternen Oszillators dividiert und daraus Einzelimpulse und Pausen zwischen den Einzelimpulsen ableitet, in Frage.The circuit described in FIG. 5 is merely an example. In their place, other devices, for example a synchronous divider, which divides the frequency of the generator-internal oscillator and derives individual pulses and pauses between the individual pulses, can also be used.
Die vorteilhafte Wirkung der in den vorstehenden Ausfuhrungsbeispielen eingesetzten, insbesondere sehr kurzen Hochfrequenzleistungspulse mit hoher Amplitude, die über den Substratsspannungsgenerator 12 in das Substrat 10 eingekoppelt werden, beruht auf folgenden Mechanismen im Plasma 14:The advantageous effect of the, in particular, very short, high-frequency, high-amplitude high-frequency power pulses used in the above exemplary embodiments, which are coupled into the substrate 10 via the substrate voltage generator 12, is based on the following mechanisms in the plasma 14:
An einer einem Plasma 14 ausgesetzten Substratelektrode 11, welche über den Substratspannungsgenerator 12 mit einer hochfrequenten Spannung oder Hochfrequenzleistung beaufschlagt wird, stellt sich bekanntermaßen eine negative Gleichspannung gegenüber dem Plasma 14 und gegenüber Erdpotential ein. Diese als "Biasspannung" oder "Self-bias" bezeichnete Gleichspannung resultiert aus der unterschiedlichen Beweglichkeit von Elektronen und positiven Ionen im elektrischen Wechselfeld. Wahrend die leichtenAs is known, a negative is produced on a substrate electrode 11 which is exposed to a plasma 14 and to which a high-frequency voltage or high-frequency power is applied via the substrate voltage generator 12 DC voltage against the plasma 14 and against earth potential. This direct voltage, called "bias voltage" or "self-bias", results from the different mobility of electrons and positive ions in the alternating electric field. While the light ones
Elektronen dem hochfrequenten Wechselfeld instantan folgen und wahrend der positiven Halbwellen der Wechselspannung die Substratelektrode 11 sehr leicht erreichen können, ist dies für die wesentlich schwereren positiven Ionen wahrend der negativen Halbwellen der Wechselspannung mit zunehmender Frequenz des elektrischen Wechselfelds immer weniger möglich. Infolgedessen kommt es zu einer negativen Aufladung der Substratelektrode 11 durch den Überschuß an eintreffenden Elektronen gegenüber den eintreffenden positiven Ionen, bis sich ein Sattigungswert der Aufladung einstellt und im Zeitmittel gleich viele Elektronen wie positiv geladene Ionen die Substratelektrode 11 erreichen. Diesem Sattigungswert der negativen Aufladung entspricht die Substratelektrodenspannung .Electrons instantaneously follow the high-frequency alternating field and can very easily reach the substrate electrode 11 during the positive half-waves of the alternating voltage, this is less and less possible for the much heavier positive ions during the negative half-waves of the alternating voltage with increasing frequency of the alternating electrical field. As a result, the substrate electrode 11 is negatively charged by the excess of incoming electrons compared to the incoming positive ions until the charge becomes saturated and, on average, as many electrons as positively charged ions reach the substrate electrode 11. The substrate electrode voltage corresponds to this saturation value of the negative charge.
Die Figur 6 zeigt zur Erläuterung dieses Effektes ein einfaches elektrisches Ersatzschaltbild für ein einem Plasma 14 ausgesetztes, mit einer Hochfrequenzleistung aus dem Substratspannungsgenerator 12 gespeistes Substratelektrodenoberflachenelement 37. Die Ankopplung zur Erde erfolgt dabei über das Plasma 14, das durch die Parallelschaltung von Widerstand R und Diode D symbolisiert wird. Die Diode D tragt dem Effekt der Selbstgleichrichtung durch die unterschiedliche Beweglichkeit von Elektronen und Ionen im Plasma 14 Rechnung, der Widerstand R derTo explain this effect, FIG. 6 shows a simple electrical equivalent circuit diagram for a substrate electrode surface element 37 which is exposed to a plasma 14 and is supplied with a high-frequency power from the substrate voltage generator 12. The coupling to earth takes place via the plasma 14, which results from the parallel connection of resistor R and diode D is symbolized. The diode D takes into account the effect of self-rectification through the different mobility of electrons and ions in the plasma 14, the resistance R of the
Energiedissipation ins Plasma 14 (Wirkwiderstand) . Die Kapazität C (Blindwiderstand) ist im wesentlichen eine apparative Konstante des Aufbaus der Substratelektrode 11. Bei einem Pulsbetrieb unter Einsatz von hochfrequenten Substratspannungsgeneratorpulsen baut sich demnach an der Substratelektrode 11 zu Anfang eines jeden Pulses eine Substratelektrodenspannung auf, die nach einer Anzahl hochfrequenter Schwingungsperioden einen Sattigungswert erreicht und dort bis zum Ende des Pulses verharrt. Nach dem Ende des hochfrequenten Schwingungspakets klingt diese Substratelektrodenspannung wahrend der Impulspause durch Entladeprozesse dann wieder ab. Eine typische Anzahl von Schwingungsperioden, welche zum Erreichen einer stationären Substratelektrodenspannung benotigt wird, liegt bei einer Hochfrequenz von 13,56 MHz und einem hochdichten induktiv gekoppelten Plasma 14, das in Kontakt mit der Substratelektrode steht, bei etwa 20 bis 100 Schwingungsperioden.Energy dissipation into plasma 14 (effective resistance). The capacitance C (reactance) is essentially an apparatus constant of the structure of the substrate electrode 11. In pulse operation using high-frequency substrate voltage generator pulses, a substrate electrode voltage builds up on the substrate electrode 11 at the beginning of each pulse, which after a number of high-frequency oscillation periods reaches a saturation value and remains there until the end of the pulse. After the end of the high-frequency oscillation package, this substrate electrode voltage then decays again during the pulse pause due to discharge processes. A typical number of oscillation periods, which is required to achieve a stationary substrate electrode voltage, is at a high frequency of 13.56 MHz and a high-density inductively coupled plasma 14, which is in contact with the substrate electrode, at about 20 to 100 oscillation periods.
Durch den Einsatz von sehr kurzen Einzelimpulsen, welche nur wenige Schwingungsperioden, vorzugsweise weniger als 10 Schwingungsperioden umfassen, ist demnach der Sattigungswert der Substratelektrodenspannung noch nicht erreicht und dieBy using very short individual pulses, which comprise only a few oscillation periods, preferably less than 10 oscillation periods, the saturation value of the substrate electrode voltage has not yet been reached and the
Substratelektrodenspannung noch im Ansteigen begriffen. Dies wird in Figur 7 erläutert, die zeigt, wie sich die Substratelektrodenspannung UBιas als Funktion der Zahl der Schwingungsperioden n der Grundschwingung der in das Substrat 10 eingekoppelten hochfrequenten Wechselspannung (13, 56 MHz) entwickelt.Substrate electrode voltage still rising. This is explained in FIG. 7, which shows how the substrate electrode voltage U Bιas develops as a function of the number of oscillation periods n of the fundamental oscillation of the high-frequency AC voltage (13, 56 MHz) coupled into the substrate 10.
Die letztlich erreichte Hohe der Lokalspannung im Sattigungsfall nach vielen Schwingungsperioden hangt dabei wesentlich ab vom Wirkwiderstand R (Energiedissipation ins Plasma) und der Kapazität C des KondensatorThe level of local voltage ultimately reached in the event of saturation after many oscillation periods depends essentially on the effective resistance R (energy dissipation into the plasma) and the capacitance C of the capacitor
(Blindleistungsanteil) gemäß Figur 6. Der Sattigungswert der Substratelektrodenspannung, der sich nach vielen Schwingungsperioden auf der Substratoberflache einstellt, hangt somit in hohem Maße vom Plasmawiderstand R ab (siehe Figur 6) d.h. von der Energiedissipation in das Plasma 14, welche jedoch in der Regel lateral über das Substrat 10 inhomogen ist.(Reactive power component) according to FIG. 6. The saturation value of the substrate electrode voltage, which occurs after many oscillation periods on the substrate surface, thus depends to a large extent on the plasma resistance R (see FIG. 6), ie on the energy dissipation into the plasma 14, which, however, is generally inhomogeneous laterally across the substrate 10.
Somit treten lokale Unterschiede hinsichtlich der Energiedissipation in das Plasma 14 beispielsweise zwischen Mitte und Rand eines Substrats 10 auf, was zu Spannungsgradienten zwischen verschiedenen Oberflachenbereichen des Substrates 10 fuhrt. Diese Spannungsgradienten werden weiter dadurch wesentlich verstärkt, daß die Oberflache des Substrates 10 infolge vielfach verwendeter dielektrischer Maskierschichten (Photolack, Si0-Maske usw.) beim Atzen zumindest bereichsweise elektrisch isolierend oder nur schwach leitend ist .Local differences with regard to the energy dissipation into the plasma 14 thus occur, for example, between the center and edge of a substrate 10, which leads to voltage gradients between different surface areas of the substrate 10. These voltage gradients are further strengthened by the fact that the surface of the substrate 10 is at least partially electrically insulating or only slightly conductive during etching due to the frequently used dielectric masking layers (photoresist, SiO mask, etc.).
Insofern stellt die Substratoberflache 10 aufgrund der erläuterten Effekte keine Äquipotentialfläche mehr dar, sondern auftretende Spannungsgradienten von Substratmitte zu Substratrand wirken gegenüber dem Plasma 14 als elektrische Linse, was schließlich zu einer Ablenkung der zum Substrat 10 beschleunigten Ionen aus der Vertikalen und damit zu Störung in den erzeugten Atzprofilen fuhrt.In this respect, due to the effects explained, the substrate surface 10 no longer represents an equipotential surface, but rather occurring voltage gradients from the center of the substrate to the edge of the substrate act as an electrical lens with respect to the plasma 14, which ultimately leads to a deflection of the ions accelerated to the substrate 10 from the vertical and thus to interference in the generated etching profiles leads.
Durch die eingesetzten, sehr kurzenDue to the very short used
Substratelektrodenleistungspulse wird daher eine erhebliche Homogenisierung der Substratelektrodenspannung über die Substratoberflache unabhängig von ortlich möglicherweise verschiedenen Plasmawiderstanden R erreicht. Dies wird in Figur 7 durch den linearen Kurvenverlauf im Fall einer nur geringen Zahl von Schwingungsperioden n veranschaulicht. Insgesamt erreicht man durch die erläuterten Maßnahmen somit einen drastischen Abbau von Spannungsgradienten auf der Substratoberflache, einen Wegfall der unerwünschten elektrischen Linsenwirkung und schließlich zu deutlich verminderten Profilschragen, beispielsweise in aus dem Substrat herausstrukturierten Trenchgraben.Therefore, a substantial homogenization of the substrate electrode voltage across the substrate surface is achieved regardless of possibly different spatially different plasma resistances R. This is illustrated in FIG. 7 by the linear curve shape in the case of only a small number of oscillation periods n. Overall, the measures explained thus achieve a drastic reduction in voltage gradients on the Substrate surface, a loss of the undesirable electrical lens effect and finally to significantly reduced profile slopes, for example in trench trenches structured out of the substrate.
Weiter ist durch relativ lange Impulspausen nach jedem relativ kurzen Einzelimpuls sichergestellt, daß eine zuvor erreichte negative Substratelektrodenspannung zumindest weitgehend wieder abgebaut wird. Jeder Substratelektrodenleistungspuls startet somit von einem gleichen, definierten, entladenen Ausgangszustand der Substratoberflache .Furthermore, it is ensured by relatively long pulse pauses after each relatively short individual pulse that a previously reached negative substrate electrode voltage is at least largely reduced again. Each substrate electrode power pulse thus starts from an identical, defined, discharged initial state of the substrate surface.
Durch das beschriebene Pulsen der Substratelektrodenleistung wird im übrigen nur ein Bruchteil derBy pulsing the substrate electrode power described, only a fraction of the
Substratelektrodenspannung erreicht, die sich sonst, d.h. bei Erreichen des Sattigungswerts nach vielenReached substrate electrode voltage, which otherwise, i.e. when the saturation value is reached after many
Schwingungsperioden einstellen würde. Sollen daher hohe oder sehr hohe Substratelektrodenspannungen von im zeitlichen Mittel beispielsweise 20 Volt bis 100 Volt realisiert werden, muß mit entsprechend großenWould set oscillation periods. Therefore, if high or very high substrate electrode voltages of, for example, 20 volts to 100 volts on average are to be realized, they must be correspondingly large
Hochfrequenzspitzenleistungen wahrend der Einzelimpulse operiert werden. High-frequency peak performances are operated during the individual impulses.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 frequenzselektives Bauteil 1 ' Filterkennlinie1 frequency-selective component 1 'filter characteristic
1 Λ Λ Stationarfrequenz1 Λ Λ Stationary frequency
2 Anpaßnetzwerk2 matching network
3 Leistungsverstarker3 power amplifier
4 Quarzoszillator 5 Plasmaatzanlage4 quartz oscillator 5 plasma set
6 Schwingquarz6 quartz crystal
7 Verzögerungsleitung7 delay line
8 Leitung8 line
9 Generatorsteuereingang 9 Λ Generatorstatusausgang9 Generator control input 9 Λ Generator status output
10 Substrat10 substrate
11 Substratelektrode11 substrate electrode
12 Substratspannungsgenerator 13 ICP-Quelle12 substrate voltage generator 13 ICP source
14 induktiv gekoppeltes Plasma14 inductively coupled plasma
15 Reaktor15 reactor
16 erster Impedanztransformator16 first impedance transformer
17 ICP-Spulengenerator 18 zweiter Impedanztransformator17 ICP coil generator 18 second impedance transformer
19 Gaszufuhr19 gas supply
20 Gasabfuhr20 gas removal
21 Magnetfeldspule 22 Distanzstuck21 magnetic field coil 22 spacer
23 Stromversorgungseinheit23 power supply unit
24 Auskoppelkondensator24 decoupling capacitor
25 Signalabgriff25 signal tap
26 Mittelabgriff 30 Phasenschieber 31 Hochfrequenzgenerator 32 Steuervorrichtung 33 Monoflop 34 U/f-Wandlervorrichtung 35 D-Flipflop 36 Generatorausgang 37 Substratelektrodenoberflache26 center tap 30 phase shifter 31 high-frequency generator 32 control device 33 monoflop 34 U / f converter device 35 D flip-flop 36 generator output 37 substrate electrode surface
10 10

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Atzen eines Substrates (10), insbesondere eines Siliziumkorpers, mittels eines induktiv gekoppelten Plasmas (14) , mit einer ICP-Quelle (13) zum Generieren eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes und einem Reaktor (15) zum Erzeugen des induktiv gekoppelten Plasmas (14) aus reaktiven Teilchen durch Einwirken des hochfrequenten elektromagnetischen1. Device for etching a substrate (10), in particular a silicon body, by means of an inductively coupled plasma (14), with an ICP source (13) for generating a high-frequency alternating electromagnetic field and a reactor (15) for generating the inductively coupled plasma (14) from reactive particles by exposure to the high-frequency electromagnetic
Wechselfeldes auf ein Reaktivgas, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Mittel vorgesehen ist, mit dem mit der ICP- Quelle (13) in das induktiv gekoppelte Plasma (14) einzukoppelnde Plasmaleistungspulse erzeugbar sind.Alternating field to a reactive gas, characterized in that a first means is provided with which plasma power pulses to be coupled into the inductively coupled plasma (14) can be generated with the ICP source (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel ein ICP-Spulengenerator (17) ist, der eine hinsichtlich des Puls-zu-Pause-Verhaltnisses der Plasmaleistungspulse und/oder der Einzelpulsleistung variabel einstellbare, gepulste Hochfrequenzleistung erzeugt .2. Device according to claim 1, characterized in that the first means is an ICP coil generator (17) which generates a pulsed radio frequency power which is variably adjustable with respect to the pulse-to-pause ratio of the plasma power pulses and / or the individual pulse power.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung einer Ausgangsimpedanz des ICP- Spulengenerators (17) an eine von der Einzelpulsleistung der einzukoppelnden Plasmaleistungspulse abhangige Plasmaimpedanz ein Impedanztransformator (18) in Form eines insbesondere balancierten symmetrischen Anpaßnetzwerkes vorgesehen ist. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that an impedance transformer (18) is provided in the form of an especially balanced symmetrical matching network for adapting an output impedance of the ICP coil generator (17) to a plasma impedance dependent on the individual pulse power of the plasma power pulses to be injected.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanztransformator (18) derart voreingestellt ist, daß bei einer vorgegebenen maximalen Einzelpulsleistung der in das induktiv gekoppelte Plasma (14) einzukoppelnden Plasmaleistungspulse im staionaren Leistungsfall eine zumindest weitgehend optimale Impedanzanpassung gewahrleistet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the impedance transformer (18) is preset such that at a predetermined maximum individual pulse power in the inductively coupled plasma (14) to be coupled plasma power pulses in the staionary power case an at least largely optimal impedance matching is ensured.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den ICP-Spulengenerator (17) Bauteile integriert sind, die über eine Variation der Frequenz des erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes eine Impedanzanpassung als Funktion der einzukoppelnden Einzelpulsleistung vornehmen.5. Apparatus according to claim 2, characterized in that in the ICP coil generator (17) components are integrated which make an impedance matching as a function of the single pulse power to be coupled in by varying the frequency of the electromagnetic alternating field generated.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ICP-Spulengenerator (17) mit einem selbsttätig wirkenden Ruckkopplungsschaltkreis mit einem frequenzselektiven Bauteil (1) versehen ist, wobei der Ruckkoppelschaltkreis mindestens einen geregelten6. The device according to claim 5, characterized in that the ICP coil generator (17) is provided with an automatically acting feedback circuit with a frequency-selective component (1), the feedback circuit at least one regulated
Leistungsverstarker, ein frequenzselektives Bandfilter mit einer zu erreichenden Stationarfrequenz (1") und eine Verzögerungsleitung (7) oder einem Phasenschieber aufweist.Power amplifier, a frequency-selective band filter with a stationary frequency (1 ") to be achieved and a delay line (7) or a phase shifter.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Mittel vorgesehen ist, das zwischen dem Substrat (10) und der ICP- Quelle (13) ein statisches oder zeitlich variierendes, insbesondere gepulstes Magnetfeld erzeugt.7. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a second means is provided which between the substrate (10) and the ICP source (13) generates a static or time-varying, in particular pulsed magnetic field.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel eine Magnetfeldspule (21) mit zugehöriger Stromversorgungseinheit (23) oder ein Permanentmagnet ist, wobei das von der Magnetfeldspule (21) erzeugte Magnetfeld mittels der Stromversorgungseinheit (23) zeitlich variierbar, insbesondere pulsbar ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the first means is a magnetic field coil (21) with associated power supply unit (23) or a permanent magnet, wherein the magnetic field coil (21) generated magnetic field by means of the power supply unit (23) can be varied in time, in particular can be pulsed.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratspannungsgenerator (12) vorgesehen ist, mit dem das Substrat (10) , insbesondere das auf einer Substratelektrode (11) angeordnete Substrat (10), mit einer kontinuierlichen oder zeitlich variierenden, insbesondere gepulsten Hochfrequenzleistung beaufschlagbar ist.9. The device according to claim 1, characterized in that a substrate voltage generator (12) is provided, with which the substrate (10), in particular the substrate (10) arranged on a substrate electrode (11), with a continuous or time-varying, in particular pulsed High frequency power can be applied.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Impedanzanpassung zwischen dem10. The device according to claim 9, characterized in that for impedance matching between the
Substratspannungsgenerator (12) und dem Substrat (10) ein erster Impedanztransfomator (12) vorgesehen ist.Substrate voltage generator (12) and the substrate (10) a first impedance transformer (12) is provided.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ICP- Spulengenerator (17) mit dem Substratspannungsgenerator (12) und/oder der Stromversorgungseinheit (23) in Verbindung steht.11. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the ICP coil generator (17) with the substrate voltage generator (12) and / or the power supply unit (23) is connected.
12. Verfahren zum Atzen eines Substrates (10), insbesondere eines Siliziumkorpers, mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zeitweise eine gepulste12. A method for etching a substrate (10), in particular a silicon body, with a device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least temporarily a pulsed
Hochfrequenzleistung als gepulste Plasmaleistung in das induktiv gekoppelte Plasma (14) eingekoppelt wird.High-frequency power is coupled as pulsed plasma power into the inductively coupled plasma (14).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Plasmaleistung über eine ICP-Quelle (13) eingekoppelt wird, die mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld mit einer konstanten Frequenz oder mit einer innerhalb eines Frequenzbereiches um eine Stationarfrequenz (l Λ) variierenden Frequenz beaufschlagt wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the pulsed plasma power via an ICP source (13) is coupled in with a high-frequency electromagnetic alternating field with a constant frequency or with a within a frequency range a stationary frequency (l Λ ) varying frequency is applied.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Hochfrequenzleistung mit einem ICP- Spulengenerator (17) erzeugt wird, der mit einer Frequenz von 10 Hz bis 1 MHz und einem Puls-zu-Pause-Verhaltnis von 1:1 bis 1:100 gepulst betrieben wird.14. The method according to claim 12, characterized in that the pulsed high-frequency power is generated with an ICP coil generator (17) having a frequency of 10 Hz to 1 MHz and a pulse-to-pause ratio of 1: 1 to 1 : 100 operated pulsed.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im zeitlichen Mittel eine Plasmaleistung von 300 Watt bis 5000 Watt in das induktiv gekoppelte Plasma (14) eingekoppelt wird, und daß die erzeugten Einzelpulsleistungen der Hochfrequenzleistungspulse zwischen 300 Watt und 20 kWatt, insbesondere 2 kWatt bis 10 kWatt, betragen.15. The method according to claim 12, characterized in that a plasma power of 300 watts to 5000 watts is injected into the inductively coupled plasma (14) on average, and that the generated individual pulse powers of the high-frequency power pulses between 300 watts and 20 kWatt, in particular 2 kWatt up to 10 kWatt.
16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsen der eingekoppelten Hochfrequenzleistung von einer Veränderung der Frequenz der eingekoppelten Hochfrequenzleistung begleitet wird, wobei die Frequenzveranderung so gesteuert wird, daß die wahrend des Pulsens in das induktiv gekoppelte Plasma (14) eingekoppelte Plasmaleistung maximiert wird.16. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the pulsing of the coupled-in high-frequency power is accompanied by a change in the frequency of the coupled-in high-frequency power, the frequency change being controlled in such a way that the pulsed into the inductively coupled plasma (14) is coupled Plasma performance is maximized.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Atzen ein statisches oder zeitlich variierendes, insbesondere periodisch variierendes oder gepulstes Magnetfeld erzeugt wird, dessen Richtung zumindest naherungsweise oder überwiegend parallel zu einer durch die Verbindungslinie von Substrat (10) und induktiv gekoppeltem Plasma (14) definierten Richtung ist. 17. The method according to at least one of claims 12 to 16, characterized in that a static or time-varying, in particular periodically varying or pulsed magnetic field is generated during the etching, the direction of which is at least approximately or predominantly parallel to a through the connecting line of the substrate (10 ) and inductively coupled plasma (14) defined direction.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld derart erzeugt wird, daß es sich in den Bereich des Substrates (10) und des induktiv gekoppelten Plasmas (14) erstreckt und im Inneren des Reaktors (15) eine Amplitude der Feldstarke zwischen 10 mTesla und 100 mTesla aufweist.18. The method according to claim 17, characterized in that the magnetic field is generated such that it extends into the region of the substrate (10) and the inductively coupled plasma (14) and inside the reactor (15) an amplitude of the field strength between 10 mTesla and 100 mTesla.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß über die Stromversorgungseinheit (23) ein mit einer Frequenz von 10 Hz bis 20 kHz gepulstes19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that via the power supply unit (23) a pulsed with a frequency of 10 Hz to 20 kHz
Magnetfeld erzeugt wird, wobei das Puls-zu-Pause-Verhaltnis beim Pulsen des Magnetfeldes zwischen 1:1 und 1:100 liegt.Magnetic field is generated, the pulse-to-pause ratio when pulsing the magnetic field is between 1: 1 and 1: 100.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) über einen Substratspannungsgenerator (12) mit einer konstanten oder zeitlich variierbaren, insbesondere gepulsten Hochfrequenzleistung beaufschlagt wird.20. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the substrate (10) via a substrate voltage generator (12) with a constant or time-variable, in particular pulsed high-frequency power is applied.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer der in das Substrat eingekoppelten Hochfrequenzleistung zwischen dem 1-fachen und 100-fachen, insbesondere dem 1-fachen und 10-fachen, der Schwingungsdauer der hochfrequenten Grundschwingung der Hochfrequenzleistung liegt.21. The method according to claim 20, characterized in that the pulse duration of the high-frequency power coupled into the substrate is between 1 times and 100 times, in particular 1 times and 10 times, the oscillation period of the high-frequency fundamental oscillation of the high-frequency power.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzleistung das Substrat (10) mit einer zeitlichen Durchschnittsleistung von 5 Watt bis 100 Watt beaufschlagt, wobei die Maximalleistung eines einzelnen Hochfrequenzleistungspulses das 1-fache bis 20- fache, insbesondere das 2-fache bis 10-fache, der zeitlichen Durchschnittsleistung betragt. 22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that the high-frequency power acts on the substrate (10) with a temporal average power of 5 watts to 100 watts, the maximum power of a single high-frequency power pulse being 1 to 20 times, in particular the 2nd -fold to 10 times the time average power.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der eingekoppelten Hochfrequenzleistung zwischen 100 kHz bis 100 MHz, insbesondere 13,56 MHz, betragt, und daß das Puls-zu-Pause-Verhaltnis der eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulse zwischen 1:1 und 1:100, insbesondere 1:1 und 1:10, liegt.23. The method according to claim 21, characterized in that the frequency of the coupled high-frequency power between 100 kHz to 100 MHz, in particular 13.56 MHz, and that the pulse-to-pause ratio of the coupled high-frequency power pulses between 1: 1 and 1 : 100, especially 1: 1 and 1:10.
24. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsen der eingekoppelten Plasmaleistung und das Pulsen der über den Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelten Hochfrequenzleistung oder das Pulsen des Magnetfeldes, das Pulsen der eingekoppelten Plasmaleistung und das Pulsen der über den Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelten Hochfrequenzleistung zeitlich miteinander korreliert oder synchronisiert wird.24. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pulsing of the coupled plasma power and the pulsing of the high-frequency power coupled into the substrate (10) via the substrate voltage generator (12) or the pulsing of the magnetic field, the pulsing of the coupled plasma power and that Pulses of the high-frequency power coupled into the substrate (10) via the substrate voltage generator (12) are correlated or synchronized with one another in time.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation derart erfolgt, daß vor einem Hochfrequenzleistungspuls des ICP-Spulengenerators (17) zunächst das Magnetfeld angelegt, und daß das Magnetfeld nach dem Abklingen dieses Hochfrequenzleistungspulses wieder abgeschaltet wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the correlation is carried out in such a way that the magnetic field is first applied before a high-frequency power pulse of the ICP coil generator (17), and that the magnetic field is switched off again after this high-frequency power pulse has subsided.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation derart erfolgt, daß wahrend eines Hochfrequenzleistungspulses des ICP- Spulengenerators (17) die über den Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelte Hochfrequenzleistung abgeschaltet wird und/oder daß wahrend eines über den26. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the correlation takes place in such a way that during a high-frequency power pulse of the ICP coil generator (17) the high-frequency power coupled into the substrate (10) via the substrate voltage generator (12) is switched off and / or that while one about the
Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulses die über den ICP- Spulengenerator (17) eingekoppelte Hochfrequenzleistung abgeschaltet wird.Substrate voltage generator (12) in the substrate (10) coupled high-frequency power pulse which via the ICP Coil generator (17) coupled high-frequency power is switched off.
27. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation derart erfolgt, daß das Substrat (10) jeweils wahrend der Dauer eines über den ICP-Spulengenerators (17) in das Plasma (14) eingekoppelten Plasmaleistungspulses mit über den27. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the synchronization takes place in such a way that the substrate (10) during the duration of a via the ICP coil generator (17) coupled into the plasma (14) plasma power pulse with the
Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulsen beaufschlagt wird.Substrate voltage generator (12) in the substrate (10) coupled high-frequency power pulses is applied.
28. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation derart erfolgt, daß die über den Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelte Hochfrequenzleistung jeweils wahrend eines Leistungsanstieges und/oder eines Leistungsabfalles eines über den ICP-Spulengenerator (17) in das Plasma (14) eingekoppelten Hochfrequenzleistungspulses erzeugt wird.28. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the correlation is carried out in such a way that the high-frequency power coupled into the substrate (10) via the substrate voltage generator (12) in each case during a power increase and / or a power drop of one via the ICP coil generator ( 17) high-frequency power pulse coupled into the plasma (14) is generated.
29. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation derart erfolgt, daß wahrend der Dauer der über den ICP-Spulengenerators (17) in das Plasma (14) eingekoppelten Plasmaleistungspulse und wahrend der Dauer der Pulspausen der einzelnen über den ICP- Spulengenerators (17) in das Plasma (14) eingekoppelten Plasmaleistungspulse das Substrat (10) jeweils mit mindestens einem über den Substratspannungsgenerator (12) in das Substrat (10) eingekoppelten Hochfrequenzleistungspuls beaufschlagt wird.29. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the correlation takes place in such a way that during the duration of the plasma power pulses coupled into the plasma (14) via the ICP coil generator (17) and during the duration of the pulse pauses of the individual via the ICP - Coil generator (17) in the plasma (14) coupled plasma power pulses, the substrate (10) is acted upon with at least one high-frequency power pulse coupled into the substrate (10) via the substrate voltage generator (12).
30. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Atzen in alternierenden Atz- und Passivierschritten bei einem Prozeßdruck von 5 μbar bis 100 μbar erfolgt. 30. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the etching in alternating etching and passivation steps are carried out at a process pressure of 5 μbar to 100 μbar.
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