DE69421872T2

DE69421872T2 - Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät und Plasmabearbeitungsverfahren und -gerät

Info

Publication number: DE69421872T2
Application number: DE69421872T
Authority: DE
Inventors: Tetsunori Kaji; Kenji Nakata; Sadayuki Okudaira; Hiroyuki Shichida; Keizo Suzuki; Naoyuki Tamura; Katsuya Watanabe; Seiichi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: US5580420A; KR950010714A; EP0644575A1; KR100321325B1; TW264601B; EP0644575B1; DE69421872D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Plasmaerzeugungsverfahren und entsprechende Geräte, und auf Plasmabearbeitungsverfahren und entsprechende Geräte, welche die Verfahren benutzen. Insbesondere bezieht sich die vorliegenden Erfindung auf ein Plasmaerzeugungsverfahren und ein Plasmaerzeugungsgerät zur Verwendung bei der Erzeugung eines Plasmas mit Hilfe von Mikrowellen, und sie bezieht sich auf ein Plasmabearbeitungsverfahren und ein Plasmabearbeitungsgerät, welches das Verfahren benutzt und das bei der Bearbeitung von Objekten benutzt wird (beispielsweise Halbleiterelemente mit Hilfe des Plasmas).
Die Erzeugung eines Plasmas und die Bearbeitung von Objekten mit Hilfe des Plasmas ist beispielsweise in "Microwave Plasma Etching Apparatus" von Kanal et al., Seiten 23-28, Nr. 9, Bd. 73, Hitachi Review (1991) erwähnt worden. Fig. 16 zeigt ein solches Gerät wie oben angegeben, in welchem eine Glasglocke 24 aus Quarz als halbkugelförmige Quarz-Entladungsröhre in einem Hohlleiter 22 zum Fortpflanzen von Mikrowellen installiert ist und ein Plasma in der Glasglocke 24 aus Quarz durch die Wechselwirkung zwischen dem äußeren magnetischen Feld von Solenoidwicklungen 23 und dem elektrischen Feld der von einem Magnetron 21 erzeugten Mikrowellen erzeugt wird. Das so erzeugte Plasma wird zum Bearbeiten eines Wafer bzw. Scheibe 5 als Werkstück benutzt, das auf einem Objekttisch 26 in einer Bearbeitungskammer niedergelegt ist. In diesem Fall bezeichnet das Bezugszeichen 27 eine Funkfrequenz-Versorgungsquelle zum Anlegen einer RF-Vorspannung an den Objekttisch 26 zur Zeit des Ätzens; 28 bezeichnet ein in die Glasglocke 24 aus Quarz einzuleitendes Ätzgas; und 29 bezeichnet ein Abgas.
Derartige Objekt-Bearbeitungsvorrichtungen erzeugen ein ungleichmäßiges und instabiles Plasma, was die Schmalheit der Linien begrenzt, die geätzt werden können. Beispielsweise benötigt das auf einen Objekttisch gelegte Objekt im Prozeß der Herstellung von Halbleitern unter Benutzung eines Plasmas eine gleichmäßige Bearbeitung ohne elektrisch geschädigt zu werden. Der vorgenannte Stand der Technik war aber hinsichtlich der Erzielung eines Plasmaleistungsverhaltens entsprechend einer zukünftigen Forderung nach Durchmesservergrößerung und Verdichtung, d. h. nach Erzielung eines hochdichten gleichförmigen Plasmas, unbefriedigend.
Das Mikrowellen Plasmaätzgerät des Standes der Technik war so aufgebaut, daß es das Plasma in der halbkugelförmigen Quarz-Glasglocke erzeugte, die als Mikrowellen-Durchlaßelement in dem Hohlleiter installiert war. Aus diesem Grund besteht für die in dem Hohlleiter fortgepflanzten Mikrowellen die Tendenz, leicht durch die Quarz-Glasglocke beeinträchtigt zu werden. Da Mikrowellen in einem Hohlleiter großen Durchmessers in einer Vielzahl von Moden vorhanden sein können, werden sie durch die halbkugelförmige Quarz-Glasglocke und das darin erzeugte Plasma veranlaßt, komplizierte Reflexionen und Brechungen im Hohlleiter zu wiederholen, ehe sie durch das in der Quarz-Glasglocke befindliche Plasma absorbiert werden. Infolgedessen werden die Mikrowellen zur Erzeugung einer großen Vielfalt von Moden angeregt, wenn ein Gerät entsprechend einem Objekt mit einem Durchmesser von nicht unter 8 Inch eingerichtet wird. Daher erfährt die Mikrowelle im Laufe der Zeit einen Moden-zu-Moden-Übergang, weil das so erzeugte Plasma instabil wird und der Zustand des Plasmas zeitlich variiert. Da sich der Zustand des Plasmas zeitlich ändert, ändert sich auch die Impedanz, und dies macht es nur schwer möglich, ein hochdichtes Plasma zu erzeugen, weil die Mikrowellenenergie nicht wirksam an das Plasma übertragen werden kann, und ebenso ein gleichförmiges Plasma in einem weiten Bereich entsprechend einem Objekt mit solch einem großen Durchmesser zu erzeugen.
Die US-Patentschrift 4,970,435 offenbart ein Plasmabearbeitungsgerät, das einen Mikrowellenoszillator, der an eine Plasmaerzeugungskammer angeschlossen ist, und eine zylindrische Reaktionskammer aufweist, die einen größeren Durchmesser als den der Plasmaerzeugungskammer besitzt.
In der EP 0 383 567 A3 wird ein Mikrowellen-Plasmabearbeitungsverfahren und -gerät dargestellt, bei dem eine halbkugelförmige Entladungsröhre aus Quarz bei einem anderen Teil der Bearbeitungskammer angebracht ist, um die Bearbeitungskammer zu bilden.
Die JP 62294181 offenbart die Erzeugung einer stehenden Welle in einem quadratischen Hohlraumresonator durch Reflexion einer, von einer Plasmagrenzfläche im Hohlraumresonator ausgehenden Mikrowelle.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät zum Erzeugen eines hochdichten, gleichförmigen Plasmas mit Hilfe von Mikrowellen zu schaffen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät zum Erzeugen eines hochdichten Plasmas mit Hilfe von Mikrowellen zu schaffen. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät zur Erzeugung eines stabiles, gleichförmigen Plasmas mit Hilfe von Mikrowellen zu schaffen. Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Plasmabearbeitungsverfahren und -gerät zu schaffen, das in der Lage ist, Objekte mit einem Durchmesser von nicht unter 200 mm (8 Inch) zu behandeln und die Bearbeitungsrate und Gleichförmigkeit beim Bearbeiten von Objekten zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren und das Gerät gemäß der Erfindung, wie sie jeweils entsprechend in den Ansprüchen 1 und 8 definiert sind, gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der von genannten Ansprüchen abhängigen Ansprüche.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, werden verschiedenartige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, bereitgestellt, bei denen die Mikrowellen in Resonanz versetzt werden, um die Gleichförmigkeit und Stabilität des Plasmas zu steigern. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, ein Plasmaätzgerät und ein Verfahren vorgesehen, bei denen ein Objekt unter Einbeziehung der folgenden Schritte bearbeitet wird:
Vorsehen eines zylindrischen Hohlraumresonators angrenzend an eine Plasmareaktionskammer,
Einleiten von Mikrowellen in den zylindrischen Hohlraumresonator, Herbeiführen von Resonanz in spezifischen Moden der Mikrowellen in dem zylindrischen Hohlraumresonator, und
Bewirken, daß das Plasma in der Plasmareaktionskammer dadurch erzeugt wird, daß das Magnetfeld auf das elektrische Feld der Mikrowelle einwirkt.
Gemäß einem Aspekt der gerade beschriebenen Ausführungsform ist ein flaches, plattenartiges Mikrowellen-Strahlungsfenster zur Benutzung als ein Mikrowellen- Durchlaßelement vorgesehen, mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Plasmareaktionskammer gleicht. Ein solches Fenster ist zwischen einem Abschnitt bzw. Teil des zylindrischen Hohlraumresonators und der Plasmareaktionskammer derart angebracht, daß das Plasma in der Plasmareaktionskammer erzeugt wird.
Mikrowellen hoher Energiedichte in spezifischen Moden, die durch den zylindrischen Hohlraumresonator erhalten werden, werden durch das Mikrowellen- Strahlungsfenster hindurch in die Plasmareaktionskammer geleitet, und somit wird ein gleichförmiges Plasma hoher Dichte erzielt.
Ein Verlust an Mikrowellenenergie im zylindrischen Hohlraumresonator ist unvermeidlich, falls nur ein Teil der im zylindrischen Hohlraumresonator in Resonanz versetzen Mikrowellen in die Plasmareaktionskammer eingeleitet wird, und daher würde der Mikrowellen-Übertragungswirkungsgrad verringert und ein Plasma hoher Dichte könnte nicht erzielt werden. Falls weiter das Gerät dazu bestimmt ist, Objekte mit einem Durchmesser von nicht unter 8 Inch (200 mm) zu behandeln, tendiert der zylindrischen Hohlraumresonator dahin, in seinen Abmessungen größer zu werden, und das gleiche gilt auch für das Gerät selber. Daher ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, ein Schritt zum Einleiten einiger der Mikrowellen hoher Energiedichte in den spezifischen Moden in die Plasmareaktionskammer aus einem Mikrowellen- Strahlungsfenster in der Form einer flachen Quarzplatte vorgesehen, die einen Durchmesser von im wesentlichen der gleichen Größe wie der Innendurchmesser der Plasmareaktionskammer besitzt. Das im wesentlichen Gleichhalten des Durchmessers der Reaktionskammer und der Plasmakammer steigert die Größe des Energietransfer-Wirkungsgrades in das Plasma, wie es auch die Größe des Wafers steigert, das gehandhabt werden kann, verglichen mit Ausführungsformen, bei denen die Resonanzkammer einen Durchmesser besitzt, der signifikant größer als derjenige der Reaktionskammer ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie beansprucht, ein Gerät geschaffen, das aufweist: ein für Mikrowellen durchlässiges Fenster mit einem Durchmesser, der im wesentlichen dem Innendurchmesser einer Plasmaerzeugungskammer entspricht und in dem Mikrowellen- Einleitungselement der Plasmaerzeugungskammer angebracht ist, und einen Hohlraum, der einen Durchmesser besitzt, der im wesentlichen dem Innendurchmesser der Plasmaerzeugungskammer gleicht und dazu bestimmt ist, Mikrowellen in spezifischen Moden an einer Mikrowellen reflektierenden Grenzschicht mit dem in der Plasmaerzeugungskammer erzeugten Plasma in Resonanz zu bringen und angrenzend an die Plasmaerzeugungskammer über das für Mikrowellen durchlässige Fenster angefügt ist; wobei die Mikrowellen reflektierende Grenzfläche einen Durchmesser besitzt, der im wesentlichen demjenigen des Hohlraumes und der reflektierenden, randseitigen Stirnfläche des Hohlraums gleicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie beansprucht, bewirken die in die Plasmaerzeugungskammer durch den Hohlraum hindurch eingeleiteten Mikrowellen die Erzeugung des Plasmas in der Plasmaerzeugungskammer. Während die Erzeugung des Plasmas stattfindet, werden die von dem Hohlraum kommenden Mikrowellen, ohne von dem Plasma absorbiert zu werden, von der die Mikrowellen reflektierenden Grenzschicht mit dem Plasma reflektiert. Die so reflektierte Mikrowelle wird wiederum von der randseitigen Stirnfläche des Hohlraumes reflektiert und wird zu einer stehenden Welle, die der Wiederholung der Reflexion zwischen der Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche zum Plasma und der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraumes unterliegt und die einer neu einfallenden Mikrowelle überlagert wird. Der Resonanzzustand ist somit hergestellt, wodurch Mikrowellen in spezifischen Moden im Hohlraum gebildet werden, und die hohe Energie der Mikrowellen in den spezifischen Moden wird dem Plasma zugeführt, so daß das Plasma verdichtet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die Mikrowellen, weil der Hohlraum in bezug auf seinen Durchmesser im wesentlichen gleich groß wie der Entladungsraum bemessen ist, auf der ganzen, im wesentlichen äquivalenten Hohlraum-zu- Plasma-reflektierenden Oberfläche in Resonanz versetzt, und die Mikrowellen in den spezifischen Moden werden direkt an das Plasma übertragen. Dementsprechend wird ein stabiles Plasma mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit erzeugt, indem die Mikrowellen in den spezifischen Moden gleichzeitig in Gegenwart eines gleichförmigen elektromagnetischen Feldes in Resonanz versetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, wird ein Gerät geschaffen, das aufweist: einen Hohlraum zum Bilden eines die Mikrowellen reflektierenden Raumes, in welchem die von einer Mikrowellen re flektierenden Grenzfläche mit einem Plasma zu einer stehenden Welle wird, und bei dem der Hohlraum an die die Mikrowellen einleitende Seite eines Plasmaerzeugungselementes angeschlossen ist, wo die Mikrowelle eingeleitet wird.
Verfahren, die durch derartige Ausführungsformen der Erfindung, wie beansprucht, durchgeführt werden, umfassen das Übertragen der Energie der Mikrowellen an das Plasma, indem die zum Hohlraum hin übertragene Mikrowelle eine stehende Welle erzeugt, und zwar zwischen der die Mikrowelle reflektierenden Grenzschicht mit im Plasma erzeugenden Element erzeugten Plasma, und der dem Plasma entgegenstehenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums.
Die durch den Hohlraum hindurch in das plasmaerzeugende Element eingeleiteten Mikrowellen bewirken, daß das Plasma in dem plasmaerzeugenden Element erzeugt wird. Während die Erzeugung des Plasmas stattfindet, werden die vom Hohlraum kommenden Mikrowellen, ohne durch das Plasma absorbiert zu werden, von der die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma reflektiert. Die so reflektierte Mikrowelle wird erneut von der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums reflektiert, und wird zur stehenden Welle, welche der wiederholten Reflexion zwischen der die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma und der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums unterliegt, und die einer neu einfallenden Mikrowelle überlagert wird. Der Resonanzzustand ist somit erzeugt, wodurch das Plasma mit der hohen Energie der Mikrowellen beaufschlagt wird, so daß das Plasma verdichtet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie beansprucht, ist ein Gerät vorgesehen, daß einen Hohlraum zur Erzeugung eines die Mikrowellen reflektierenden Raum umfaßt, in welchem die von einer reflektierenden Grenzfläche mit Plasma reflektierten Mikrowellen zu Wellen mit spezifischen Moden werden, und in welchem ihre Reflexion an der die Mikrowellen einleitenden Seite eines plasmaerzeugenden Elementes wiederholt und lokalisiert wird und wo die Mikrowelle eingeleitet wird.
Verfahren, die durch solche Ausführungsformen der Erfindung, wie beansprucht, durchgeführt werden, umfassen das Übertragen der Mikrowellen in den spezifischen Moden direkt an das Plasma, indem die an den Hohlraum übertragenden Mikrowellen veranlaßt werden, die Reflexion im Bereich zwischen der die Mikrowellen reflektierenden Grenzschicht mit dem im plasmaerzeugenden Element erzeugten Plasma und der dem Plasma gegenüberstehenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums zu wiederholen, der auf der die Mikrowellen einleitenden Seite des plasmaerzeugenden Elementes angeordnet ist.
Die durch den Hohlraum hindurch in das plasmaerzeugende Element eingeleiteten Mikrowellen bewirken, daß das Plasma in dem plasmaerzeugenden Element erzeugt wird. Während die Erzeugung des Plasmas stattfindet, werden die Mikrowellen aus dem Hohlraum, ohne durch das Plasma absorbiert zu werden, von der Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma reflektiert. Die so reflektierte Mikrowelle wird erneut von der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums reflektiert und wird zu einer stehenden Welle, die der Wiederholung der Reflexion zwischen der die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma und der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des Hohlraums unterliegt. Damit ist der Resonanzzustand hergestellt, wobei die Mikrowellen in den spezifischen Moden im Hohlraum erzeugt werden. Da die Mikrowellen in den spezifischen Moden direkt an das Plasma übertragen werden, wird ein stabiles Plasma mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit erzeugt, indem dafür gesorgt wird, daß die Mikrowellen in den spezifischen Moden eine ausgezeichnete Gleichförmigkeit aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie beansprucht, wird ein Gerät geschaffen, das aufweist: einen Hohlleiter zum Fortpflanzen von Mikrowellen, die von einem Mikrowellenoszillator erzeugt werden, welcher an ein Ende des Hohlleiters angeschlossen ist, einen zylindrischen Hohlraum, dessen eine verbreiterte randseitige Stirnfläche an das andere Ende des Hohlleiters angekoppelt ist; eine zylindrische, plasmaerzeugende Kammer mit einem Durchmesser, der im wesentlichen demjenigen des zylindrischen Hohlraumes entspricht, welcher an das andere offene Ende des zylindrischen Hohlraums angekoppelt ist; ein flaches, plattenförmiges die Mikrowellen durchlassendes Fenster mit einem Durchmesser, der im wesentlichen den Durchmessern des zylindrischen Hohlraumes und der plasmaerzeugenden Kammer entspricht und das im Verbindungsbereich zwischen dem zylindrischen Hohlraum und der plasmaerzeugenden Kammer angeordnet ist; ein Objekttisch, der in der plasmaerzeugenden Kammer in der Weise angeordnet ist, daß er dem Mikrowellen durchlassenden Fenster zugekehrt ist; Prozeßgas- Zufuhreinrichtungen zum Liefern eines Prozeßgases in die Nähe des die Mikrowellen durchlassenden Fensters in der Richtung der plasmaerzeugenden Kammer; und Vakuum-Erzeugungseinrichtungen zur Erzeugung eines Vakuums in der plasmaerzeugenden Kammer.
Verfahren, die durch solche Ausführungsformen der Erfindung, wie beansprucht, durchgeführt werden, umfassen: das Zuführen des Prozeßgases an die plasmaerzeugende Kammer und Evakuieren der plasmaerzeugenden Kammer bis auf ein vorbestimmtes Druckniveau; Einleiten der demgemäß in Schwingung versetzten Mikrowellen in den zylindrischen Hohlraum; Einleiten der Mikrowellen, die durch den zylindrischen Hohlraum hindurch direkt in die plasmaerzeugende Kammer vordringen; Umwandeln des Prozeßgases in der plasmaerzeugenden Kammer in ein Plasma mit Hilfe der in die plasmaerzeugende Kammer eingeleiteten Mikrowellen; Herbeiführen des Resonanzzustandes für diejenigen Mikrowellen in spezifischen Moden, die nicht durch das Plasma absorbiert worden sind, im Bereich zwischen den in der plasmaerzeugenden Kammer erzeugten Plasma und der anderen randseitigen Stirnfläche des zylindrischen Hohlraums gegenüber der plasmaerzeugenden Kammer; und Bearbeiten eines Objekts mit Hilfe des Plasmas in der plasmaerzeugenden Kammer.
Das in der plasmaerzeugenden Kammer befindliche Prozeßgas wird mit Hilfe der von dem zylindrischen Hohlraum in die plasmaerzeugende Kammer eingeleiteten Mikrowellen in ein Plasma umgewandelt. Da der zylindrische Hohlraum, das die Mikrowellen durchlassende Fenster und die zylindrische, plasmaerzeugende Kammer so eingerichtet sind, daß sie im wesentlichen den gleichen Durchmesser haben, werden die Mikrowellen aus dem zylindrischen Hohlraum, welche nicht während der Erzeugung des Plasmas von dem Plasma absorbiert worden sind, von der die Mikrowellen reflektierenden Grenzschicht mit dem Plasma reflektiert, und die davon reflektierten Mikrowellen werden erneut von der anderen randseitigen Stirnfläche des zylindrischen Hohlraums reflektiert. Die Mikrowelle wird zu einer stehenden Welle in den spezifischen Moden und ist der wiederholten Reflexion zwischen der Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma und der randseitigen Stirnfläche des zylindrischen Hohlraumes ausgesetzt und wird einer neu einfallenden Mikrowelle überlagert. Auf diese Weise ist der Resonanzzustand herbeigeführt, durch welchen Mikrowellen in den spezifischen Moden im zylindrischen Hohlraum gebildet werden, und die hohe Energie der Mikrowellen in den spezifischen Moden wird an das Plasma übertragen, so daß das Plasma verdichtet wird. Indem die Verdichtung des Plasmas weiter fortschreitet, nimmt die Anzahl der Ionen und reagierenden Spezies im Plasma zu, wodurch die Bearbeitungsrate von Objekten verbessert wird. Weil der zylindrische Hohlraum in bezug auf den Durchmesser im wesentlichen der Plasmaerzeugungskammer gleicht, wird die Energie der auf diese Weise in Resonanz versetzten Mikrowellen in den spezifischen Moden direkt an das Plasma übertragen, das sich der Moden- Konfiguration anpaßt. Deshalb wird ein stabiles Plasma mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit erzeugt, was zur Verbesserung der gleichmäßigen Bearbeitung von Objekten führt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und im Hinblick auf weitere Vorteile derselben wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Vakuum- Bearbeitungsgerätes, das mit einem die vorliegende Erfindung verkörpernden Plasmabearbeitungsgerät bestückt ist;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, aufgenommen entlang der Ebene 11-11 der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine ebene Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie III- III der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie N-N der Fig. 1 und veranschaulicht das Plasmabearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung im vertikalen Querschnitt;
Fig. 4A ist eine vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 ist eine detaillierte Ansicht des Gaseinleitungselementes des Gerätes gemäß Fig. 4;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Plasmaerzeugungselementes des Gerätes gemäß Fig. 4;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte eines Ionenstroms veranschaulicht, der ein Werkstück erreicht, wenn die Abmessungen (L1) des zylindrischen Hohlraumes in dem Gerät der Fig. 4 verändert wird;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die eine reflektierte Mikrowelle zeigt, wenn die Abmessungen (L1) des Hohlraumes in dem Gerät der Fig. 4 verändert werden;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Abmessungen (L1) des Hohlraumes und der Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte veranschaulicht, wenn der Abstand (L2) zwischen einer flachen Quarzplatte zur Verwendung bei der Einleitung der Mikrowellen und einer ECR-Grenzfläche in dem Gerät der Fig. 4 verändert wird;
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die das Niveau und die Gleichförmigkeit des das Werkstück erreichenden Ionenstromes veranschau licht, wenn der Abstand (L2) zwischen der flachen Quarzplatte zur Verwendung bei der Einleitung von Mikrowellen und der ECR- Grenzfläche in dem Gerät gemäß Fig. 4 verändert wird;
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Abmessungen (L1) des Hohlraumes und der Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte veranschaulicht, wenn der Abstand (L3) zwischen der ECR-Grenzfläche und einem Objekttisch zum Plazieren des Werkstückes in dem Gerät gemäß Fig. 4 verändert wird;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die das Niveau und die Gleichförmigkeit des Ionenstroms veranschaulicht, der das Werkstück erreicht, wenn der Abstand (L3) zwischen der ECR-Grenzfläche und einem Objekttisch zum Plazieren des Werkstückes in dem Gerät der Fig. 4 verändert wird;
Fig. 13 (A-C) zeigen die Abmessungen (L1) des Hohlraumes, des Niveaus der Dichte des das Werkstück erreichenden Ionenstroms, die Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte und die Entladungsstabilität, wenn ein magnetischer Feldgradient in dem Gerät der Fig. 4 verändert wird; 13(A) veranschaulicht das Niveau der Ionenstromdichte; 13(B) veranschaulicht die Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte; und 13(C) veranschaulicht die Entladungsstabilität;
Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die das Niveau und die Gleichförmigkeit des das Werkstück erreichenden Ionenstroms veranschaulicht, wenn der magnetische Feldgradient in dem Gerät der Fig. 4 verändert wird;
Fig. 15 ist eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Plasmabearbeitungsgerätes, das die vorliegende Erfindung verkörpert; und
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Mikrowellenplasma- Ätzgerätes.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, zeigen, und daß sie deshalb nicht als Beschränkung deren Umfangs betrachtet werden können, denn die Erfindung, wie beansprucht, kann auch andere, gleichermaßen wirksame Ausführungsformen gestatten.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis einschließlich 6 soll nunmehr eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, beschrieben werden.
Das Vakuum-Bearbeitungsgerät umfaßt ein komplettes Gestell 16; eine rechteckige Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 und einen Beschicker 2, der am Gestell 16 angebracht ist. Der Beschicker 2 umfaßt einen Tisch zum positionsmäßigen Plazieren einer Kassette 12, einen flachen Wafer-Orientierungsteller 11 und einen luftbetriebenen Transportroboter 9. Die Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 umfaßt eine Pufferkammer 3, eine Ladeschleusenkammer 4, eine Entladeschleusenkammer 5, eine Bearbeitungskammer 6, eine Nachbearbeitungskammer 7 und einen Vakuum-Transportroboter 10.
Der luftbetriebene Transportroboter 9, der ausfahrbare Arme 91 aufweist und in der Lage ist, sich vertikal und horizontal zu bewegen, nimmt die Waferscheiben 8 nacheinander aus der Kassette 12 und gibt sie auch entsprechend in dieselbe wieder ein, d. h., daß er das Wafer 8 von der Kassette 12 des Beschickers 2 zum flachen Wafer-Orientierungsteller 11 befördert, vom flachen Wafer- Orientierungsteller 11 zur Ladeschleusenkammer 4 und weiter zwischen der Entladeschleusenkammer 5 und der Kassette 12.
Der Vakuum-Transportroboter 10 weist ausfahrbare Arme 101 auf und befördert das Wafer 8 von der Ladeschleusenkammer 4 zur Bearbeitungskammer 6, und von der Bearbeitungskammer 6 zur Nachbearbeitungskammer 7 und zur Entlade schleusenkammer 5. Weiter ist der Vakuum-Transportroboter 10 so installiert, daß der geometrische Rotationsort seiner ausfahrbaren Arme 101 die Konfiguration aller Punkte sein kann, welche die spezifischen geometrischen Bedingungen der Bearbeitungskammer 6, der Entladeschleusenkammer S und der Nachbearbeitungskammer 7 bilden, bei gleichzeitiger Verbindung der Ladeschleusenkammer 4 und der Bearbeitungskammer 6.
Die in der Beschickungsvorrichtung 2 installierte Wafer-Kassette 12 umfaßt Kassetten 12A, 12B für Produktwafers sowie eine Dummykassette 12C. Die Kassetten 12 sind mit Wafer-Suchmechanismen 121 (A, B, C), 122 (A, B, C) versehen, und wenn die Kassetten 12 plaziert werden, erkennen die Wafer- Suchmechanismen 121 jeweils die darin befindlichen Objekte.
Die Ladeschleusenkammern 4, 5, die Bearbeitungs- und Nachbearbeitungskammem 6, 7 sind jeweils entsprechend mit Wafer-Hebemechanismen 14A, 14B versehen. Weiter sind die ausfahrbaren Arme 91, 101 der jeweiligen Roboter derart angeordnet, daß sie das Wafer 8 transferieren können. Der Wafer- Hebemechanismus 14B der Bearbeitungskammer 6 ist in einen Objektträger zum Laden des Wafers einbezogen, wobei der Objektträger gleichzeitig als Elektrode benutzt wird. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Ringanschnitt zum Abteilen der Pufferkammer 3, um die Bearbeitungskammer 6 zu bilden; 13 bezeichnet eine Einrichtung zum Ätzen; und 14 bezeichnet eine Entladeeinrichtung für die Nachbearbeitung (Aschen).
Die Bearbeitungskammer 6 wird als Plasmaätzkammer benutzt, um die Wafer 8 nacheinander beispielsweise der Plasmabearbeitung auszusetzen, und ist im unteren linken Abschnitt der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 installiert, wie dargestellt. Die Lade- und Entladeschleusenkammern 4, 5 sind gegenüber der Bearbeitungskammer 6 angeordnet, wobei sich der Vakuum-Transportroboter 10 zwischen beiden aufhält, d. h. im rechten Abschnitt der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1, wie dargestellt. Die Nachbearbeitungskammer 7 wird zum Nachbearbeiten der geätzten Wafer 8, eines nach dem anderen, benutzt und ist im Mittelabschnitt der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 in bezug auf die Entladeschleusenkammer 5 angeordnet.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Pufferkammer 3 mit einer Öffnung in der Dickenrichtung einer einzelnen Struktur 100 versehen, so daß ein Raum gebildet wird, in welchem die Ladeschleusenkammer 4, die Entladeschleusenkammer 5, die Bearbeitungskammer 6, die Nachbearbeitungskammer 7 und der Vakuum- Transportroboter 10 installiert sind. Mit einer zentralen Öffnung als Raum, in welchem der Vakuum-Transportroboter 10 installiert ist, wird ein Kanal 102 zum Befördern von Objekten durch Aushöhlen der einzelnen Struktur 100 in der Weise gebildet, daß entsprechende Öffnungen miteinander in Verbindung stehen. Da die positionsmäßige Kammer-zu-Kammer-Beziehung auf diese Weise exakt definiert wird, kann somit ein Präzisions-Vakuum-Bearbeitungsgerät erhalten werden. Da die Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 und der Beschicker 2 integral an dem Gestell 16 angebracht sind, ist es möglich, ein präziser arbeitendes Vakuum- Bearbeitungsgerät zu schaffen.
In diesem Fall bezeichnet das Bezugszeichen 103 einen Kanal zur Verwendung beim Transportieren von Objekten als Vorbereitung für das zusätzliche Anbringen einer zweiten Bearbeitungskammer, und die zweite Bearbeitungskammer 35, die durch eine doppelt gestrichelte Umrandungslinie angezeigt ist, ist an die Seitenwand der Pufferkammer 3 angeschlossen. Normalerweise kann der Kanal 103 zum Inspizieren des Inneren der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 benutzt werden. Mit anderen Worten ist es dem Bediener erlaubt, nicht nur den Vakuum- Transportroboter 10 ohne eine unnatürliche Arbeitsstellung einzunehmen, auf Fehlerfreiheit zu untersuchen, weil die Bearbeitungskammer 6, der Vakuum- Transportroboter 10 und die Ladeschleusenkammer 4 in der Nähe eines Seitenendes der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 angeordnet sind, sondern auch jede Kammer durch den Raum des Vakuum-Transportroboters 10 hindurch zu inspizieren. Dadurch wird die Wartungsoperation erleichtert.
Nachfolgend wird die Prozedur zum Bearbeiten eines Wafers in dem so aufgebauten Vakuum-Bearbeitungsgerät beschrieben.
Als erstes wird der luftbetriebene Transportroboter 9 zu einer gewünschten Kassette 12 hin bewegt, und die ausfahrbaren Arme 91 werden zu der Kassette 12 des Beschickers hin ausgestreckt. Dann wird die Gabel der ausfahrbaren Arme 91 unter ein Wafer 8 in der Kassette geschoben, und der luftbetriebene Transportroboter 9 wird leicht angehoben, um das Wafer 8 auf die Gabel zu transferieren. Anschließend wird der luftbetriebene Transportroboter 9 zur Vorderseite des flachen Orientierungstellers 11 hin bewegt, und die ausfahrbaren Arme 91 werden auf den flachen Orientierungsteller 11 geschoben, und weiter wird der luftbetriebene Transportroboter 9 leicht abgesenkt, um das Wafer 8 auf den flachen Orientierungsteller 11 zu übergeben. Während das Wafer 8 in den flachen Orientierungsteller 11 eingesetzt wird, werden die ausfahrbaren Arme 91 in eine Warteposition zurückgefahren. Wenn das Einpassen des Wafers 8 in den flachen Orientierungsteller 11 beendet ist, wird der Betrieb des luftbetriebenen Roboters 9 umgekehrt, so daß das Wafer 8 auf die Gabel des luftbetriebenen Transportroboters 9 transferiert wird. Dann wird ein Ladeelement 34 durch den Wafer- Hebemechanismus 14 angedrückt, um den Boden der Ladeschleusenkammer 4 luftdicht zu berühren und so eine Ladeschleusenkammer zu bilden, und während das Absperrschieber 33 der Ladeschleusenkammer 4 offen gehalten wird, werden die ausfahrbaren Arme 91 des luftbetriebenen Transportroboters in die Ladeschleusenkammer 4 hineinbewegt, wodurch das Wafer 8 hereingebracht wird. Der luftbetriebene Transportroboter 9 wird dann leicht abgesenkt, um das Wafer 8 auf das Ladeelement 34 zu übergeben. Die ausfahrbaren Arme 91 werden dann in die Warteposition zurückgebracht, und der Absperrschieber 33 wird geschlossen. Nachdem die Ladeschleusenkammer 4 evakuiert worden ist, wird das Ladeelement 34 durch Betätigen des Wafer-Hebemechanismus 14 abgesenkt. Die ausfahrbaren Arme 101 des Vakuum-Transportroboters 10 werden unter das auf dem Ladeelement 34 befindliche Wafer 8 bewegt, welches dann leicht durch Betätigen des Wafer-Hebemechanismus 14 abgesenkt wird, und das Wafer 8 wird dann auf die Gabel der ausfahrbaren Arme 101 übergeben. Durch Bewegen seiner ausfahrbaren Arme 101 befördert der Vakuum-Transportroboter 10 das Wafer 8 durch den Kanal 102 hindurch in die Pufferkammer 3 und bis zu der Bearbeitungskammer 6. Bei seinem Umkehrbetrieb transportiert der Vakuum-Transportroboter 10 darüber hinaus das Wafer 8 bis zu der Kassettenposition auf der Endladeseite des Beschickers 2. Wenn in diesem Fall die Nachbearbeitung erforderlich ist, wird das Wafer 8 durch die ausfahrbaren Arme 101 des Vakuum-Transportroboters 10 durch die Nachbearbeitungskammer 7 hindurch transportiert. Das Wafer 8, das geätzt worden ist, wird in der Nachbearbeitungskammer 7 einer Plasmanachbearbeitung unterzogen.
Unter der Annahme, daß beispielsweise Wafer 8 jeweils entsprechend in der Ladeschleusenkammer 4, der Verarbeitungskammer 6 und der Nachbearbeitungskammer 7 vorhanden sind, mit Ausnahme der Entladeschleusenkammer S. verläuft die Ortskurve der ausfahrbaren Arme 101 des Vakuum-Transportroboters 10 wie folgt: die Arme 101 des Vakuum-Transportroboters 10 bewegen zuerst das Wafer 8 in der Nachbearbeitungskammer 7 zur Entladeschleusenkammer 5, transferieren das Wafer 8 in der Bearbeitungskammer 6 zur Nachbearbeitungskammer 7, und befördern dann das Wafer 8 in der Ladeschleusenkammer 4 zur Bearbeitungskammer 6. Die ausfahrbaren Arme 101 werden danach eine solche Ortskurve wiederholen. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Zentrum O&sub4; des Umlaufs der Arme des Vakuum-Transportroboters 10 in der Weise plaziert, daß es auf einer Linie XX, welche eine mittlere Position C zwischen (dem Zentrum O&sub1; der) Ladeschleusenkammer 4 und (dem Zentrum O&sub2; der) Entladeschleusenkammer 5 und dem Zentrum O&sub3; der Bearbeitungskammer verbindet; d. h. zum Seitenende der Vakuum-Bearbeitungseinheit 1. Bei dieser Anordnung reicht der Bereich θ des Umlaufs der Arme des Vakuum-Transportroboters 10 (siehe Fig. 3) bis zu etwa einem halben Bogen des Umfangs: nämlich 190º gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch Plazieren des Umlaufs der Arme des Vakuum- Transportroboters 10 im wesentlichen innerhalb des Halbkreisbogenbereichs, ist der Vakuum-Transportroboter 10 in der Lage, ein einzelnes Waferplättchen 8 an jede Kammer, also die Ladeschleusenkammer 4, die Entladeschleusenkammer 5, die Bearbeitungskammer 6 und die Nachbearbeitungskammer 7, und zwar mit einer kreisförmigen Bewegung, die einer Strecke nicht größer wie etwa ein halber Bogen des Kreisumfangs ist, zu befördern. Da der Umlaufbereich der Arme des Vakuum-Transportroboters 10 im wesentlichen innerhalb des halbkreisförmigen Bereiches plaziert ist, wird der Umlaufbereich der Arme des Vakuum- Transportroboters 10 enger, wodurch die Taktzeit reduziert wird.
Bezugnehmend auf die obige Anordnung ist der Außendurchmesser der Bearbeitungskammer 6 größer als jener der anderen Kammern, wie etwa der Ladeschleusenkammer 4, der Entladeschleusenkammer 5 und der Nachbearbeitungskammer 7. Die Bearbeitungskammer 6 ist näher zu einer Seite der Vakuum- Bearbeitungseinheit 1 hin plaziert, während die anderen Kammern und der Vakuum-Transportroboter 10, wovon zwei parallel zueinander liegen, so angeordnet sind, daß diese Kammern zusammen mit dem Vakuum-Transportroboter 10 genau in einem vorbestimmten Raum angeordnet sein können.
Wenn die Bearbeitungskammer ein Typ solcher Art ist, daß sie mit einem Mikrowellengenerator mit magnetischem Feld ausgerüstet ist, tendiert darüber hinaus die Größe des Gerätes dahin, wegen des Hinzufügens des Mikrowellengenerators groß zu werden. Selbst wenn eine derart große Bearbeitungskammer bei der obigen Anordnung verwendet wird, können die verbleibenden Kammern dennoch passend angeordnet werden, und die Vakuum-Bearbeitungseinheit 1 kann ebenfalls kompakt ausgebildet werden, weil diese Komponenten, bei zwei von ihnen, in Parallellage zueinander angeordnet worden sind.
Nachfolgend wird die Beschreibung eines Plasmabearbeitungsgerätes geliefert, das in der Bearbeitungskammer 6 der Vakuum-Bearbeitungseinheit installiert werden soll.
Fig. 4 zeigt ein Plasmabearbeitungsgerät, das die vorliegende Erfindung verkörpert. Eine alternative Ausführungsform zu derjenigen von Fig. 4 ist in Fig. 4A zu sehen, wo gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 5 ist eine Detailansicht des Gaseinleitungsabschnittes von Fig. 4, und Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Plasmaerzeugungseinheit desselben. Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf einen Fall, bei dem Mikrowellen und ein magnetisches Feld als Mittel zum Erzeugen, beispielsweise, eines Plasmas verwendet werden. Es zeigen: das Bezugszeichen 61 ein Magnetron zum Erzeugen von Mikrowellen; 62 einen rechteckigen Hohlleiter zum Fortpflanzen von Mikrowellen; 63 einen Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter; 64 einen zylindrischen Hohlraum; 641 die obere Seite des zylindrischen Hohlraums 64; 65 Solenoidwicklungen zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; 66 ein die Mikrowellen durchlassendes Fenster (beispielsweise eine flache Quarzplatte); 67 ein Vakuumgefäß; 68 einen Objekttisch zum Aufsetzen eines Wafers als Objekt; 69 einen Antriebsmechanismus zum vertikalen Bewegen des Objekttisches; 610 eine Hochfrequenz- Leistungsquelle zum Anlegen einer Hochfrequenz-Vorspannung an den Objekttisch während der Zeit der Plasmabearbeitung, beispielsweise während des Ätzens; 611 eine Sprühplatte zum Einleiten eines Prozeßgases, beispielsweise eines Ätzgases, in das Vakuumgefäß 67; 111 Gasdüsen, die in der Sprühplatte 611 angebracht sind; 112 einen Gaseinleitungskanal; 612 ein veränderliches Ventil zum Regulieren des Druckes in dem Vakuumgefäß; 613 eine Turbo-Molekularpumpe zum Verringern des Druckes in dem Gefäß 67; und 614 eine Vakuumpumpe für das Vorevakuieren.
Ein unteres Gefäß 31 ist an den unteren Teil der Pufferkammer 3 angebaut und mit dem Objekttisch 68 ausgestattet, dem die Öffnung der Pufferkammer 3 und das variable Ventil 612 in seinem Mittelabschnitt zugeordnet sind. Die Turbo- Molekularpumpe 613 ist an den Endabschnitt des unteren Gefäßes 31 angeschlossen, und die Vakuumpumpe 614 für die Vorevakuierung ist an die Turbo- Molekularpumpe 613 angeschlossen.
Der Objekttisch 68 ist mit dem Antriebsmechanismus 69 versehen, so daß der obere Abschnitt des Objekttisches senkrecht beweglich gemacht ist. Die Hochfrequenz-Leistungsquelle 610 ist mit dem Objekttisch 68 derart verbunden, daß die Hochfrequenz-Vorspannung an den Objekttische 68 angelegt wird.
Das zylindrische Vakuumgefäß 67 ist an den oberen Teil der Pufferkammer 3 angeschlossen, und das flache, plattenförmige, die Mikrowellen durchlassende Fenster 66 ist luftdicht in der oberen Öffnung des Vakuumgefäßes 67 eingefügt, wobei eine Plasmaerzeugungskammer zusammen mit dem Vakuumgefäß 67 und dem Mikrowellen durchlässigen Fenster 66 ausgebildet ist. Eine zylindrische Wand 642, die einen Durchmesser im wesentlichen gleich demjenigen des Vakuumgefäßes 67 aufweist und elektrisch mit dem Vakuumgefäß 67 verbunden ist, umgibt das die Mikrowellen durchlassende Fenster 66. Die obere Platte 641 mit einer zentralen, kreisförmigen Öffnung ist in die obere Öffnung der zylindrischen Wand 642 eingefügt und elektrisch an die zylindrische Wand 642 angeschlossen. Der zylindrische Hohlraum 64, der mit dem Mikrowellen durchlässigen Fenster 66, der zylindrischen Wand 642 und der oberen Platte 641 eingekapselt wird, wird somit geschaffen. Der Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter 63 ist an die zentrale, kreisförmige Öffnung der oberen Platte 641 angeschlossen und elektrisch mit ihr verbunden. Weiter sind der Hohlleiter 62 und das Magnetron 61 nacheinander elektrisch an den Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter 63 angeschlossen.
Das Ringtor 15 ist als zylindrisches Absperrschieber zum Trennen der Bearbeitungskammer 6 vom Kanal 102 als Objekt-Übertragungsraum in die Pufferkammer 3 vorgesehen. Der Ringschieber 15 ist so ausgebildet, daß er einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des Vakuumgefäßes 67 gleicht; er ist von unterhalb der Pufferkammer 3 her eingebaut und wird vertikal durch zwei pneumatische Zylinder angetrieben, die symmetrisch um die Mittelachse des Ringschiebers 15 herum angeordnet sind.
Die Solenoidwicklung 65 ist sowohl auf der äußeren Peripherie des Vakuumgefäßes 67 als auch des zylindrischen Hohlraumes 64 angebracht. Die Solenoidwicklung 65 umfaßt Solenoidwicklungen 652, 653, die auf die äußeren peripheren Abschnitte des zylindrischen Hohlraumes 64 und das Vakuumgefäß 67 gewickelt sind und sie umfaßt eine Solenoidwicklung 651, die auf der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraumes 64 plaziert ist, wobei die Wicklung nicht nur einen kleineren Innendurchmesser aufweist, sondern auch eine größere Anzahl von Windungen in Umfangsrichtung. Die Solenoidwicklung 651 wird zum Erzeugen des magnetischen Hauptflusses benutzt, während die Solenoidwicklungen 652, 653 zum Steuern der magnetischen Kraftlinien benutzt werden. Ferner wird ein Joch 654 auf der oberen Peripherie der Solenoidwicklungen 651, 652, 653 zum Umschließen dieser Wicklungen benutzt. Der innere obere Endabschnitt des Joches 654, der der Solenoidwicklung 651 zugeordnet ist, liegt konzentrisch zum zylindrischen Hohlraum 64 und zum Vakuumgefäß 67 und ist weiter nach unten zum zylindrischen Hohlraum 64 hin umgebogen.
Die mit einer Anzahl von Gasdüsen 111 versehene Sprühplatte 611 ist unter dem die Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 unter Belassung eines sehr kleinen Spaltes zwischen ihnen vorgesehen, und der das Gas einleitende Kanal 112 ist so geführt, daß er mit dem Spalt zwischen dem Mikrowellen durchlässigen Fenster 66 und der Sprühplatte 611 in Verbindung steht.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist die innere Stirnfläche des Vakuumgefäßes 67 mit einer zylindrischen Isolierabdeckung 671 aus einem plasmabeständigen Material, wie etwas Quarz und Keramik, ausgekleidet, um das Vakuumgefäß 67 gegen eine Kontamination durch Metall freizuhalten. Weiter ist die Erdungselektrode 672 als Grundpotentialelement an der Innenseite des Vakuumgefäßes 67 in der Nähe des Objekttisches 68 in Form einer Elektrode befestigt. Die Erdungselektrode 672 ist elektrisch an die Pufferkammer 3 angeschlossen, die auf Erdpotential gelegt und nach innen hin umgebogen ist, um eine Hohlkehle zusammen mit dem Vakuumgefäß 67 zu bilden. Die isolierende Abdeckung 671 ist in diesem Fall in die zwi schen der inneren Wandoberfläche des Vakuumgefäßes 67 und der Erdungselektrode 672 gebildeten Hohlkehle eingepaßt und wird darin gehalten. Die isolierende Abdeckung 672 ist nicht unter 5 mm dick und zwar in Anbetracht ihrer Festigkeit und Wartungsperiode. Die Erdungselektrode 672 sorgt dafür, daß Leitfähigkeit zwischen dem elektrisch durch die Isolierabdeckung 672 isolierten Vakuumgefäß 67 und dem Plasma 615 besteht.
Um die Metallkontamination zu vermeiden, kann die innere Oberfläche des Vakuumgefäßes 67 auch anderswie mit einem plasmaresistenten Isoliermaterial bedeckt werden (beispielsweise Quarz, Al&sub2;F&sub3;, Mullit, Cr&sub2;O&sub3;) oder mit einem Halbleiter (beispielsweise SiC). Wenn die RF-Vorspannung an den Objekttisch 68 zu Bearbeitungszwecken angelegt wird, sollte das plasmaresistente Isoliermaterial vorzugsweise nicht größer als 1 mm dick sein, um dafür zu sorgen, daß die Erdungswirkung sicher erzielbar ist.
Bei dem so aufgebauten Gerät wird das Vakuumgefäß 67 zuerst durch die Turbo- Molekularpumpe 618 sowie die Vakuumpumpe 614 evakuiert, um im Vakuumgefäß 67 das Plasma zu erzeugen. Wenn ein Objekt bearbeitet wird, wird das Prozeßgas aus dem Gaseinleitungskanal 112 zwischen das Mikrowellen durchlassende Fenster 666 und die Sprühplatte 611 geleitet und von dort durch die in der Sprühplatte 611 angebrachten Gasdüsen 111 zum Vakuumgefäß 67. Übrigens ist die gleiche Wirkung auch dann erzielbar, wenn die Gasdüsen in der Peripherie der Unterseite des die Mikrowellen durchlassenden Fensters 66 ohne Verwendung der Sprühplatte 611 angebracht werden.
Anschließend wird die Mikrowelle, welche in diesem Fall eine Frequenz von 2,45 GHz aufweist und vom Magnetron 61 in Schwingung versetzt wird, entlang des rechteckigen Hohlleiters 61 und des Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiters 63 in den zylindrischen Hohlraum 64 geführt. In diesem Falle werden Mikrowellen vom Typ einer Rechteck-TE&sub1;&sub1;-Mode durch den Hohlleiter 62 fortgepflanzt, und diese Mikrowellen werden dann durch den Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter 63 in die Zirkular-TE&sub1;&sub0;-Mode umgewandelt, ehe sie in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitet werden. Die so in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitete Mikrowelle wird dann über das die Mikrowellen durchlassende Fenster 66 und die Sprühplatte 611 in das Vakuumgefäß 67 geleitet. In der Zwischenzeit sorgen die um das Vakuumgefäß 67 angebrachten Solenoidwicklungen 65 für die Ausbildung eines axialen Magnetfeldes im Vakuumgefäß 67. Aufgrund der in das Vakuumgefäß 67 eingeleiteten Mikrowellen und der Wirkung des von den Solenoidwicklungen 65 erzeugten Magnetfeldes führen Elektronen im Plasma, beim Aufnehmen der vom magnetischen Feld verursachten Lorentz-Kräfte, eine Kreisel- bzw. Gyrationsbewegung aus. Wenn die Periode der Gyrationsbewegung im wesentlichen der Frequenz der Mikrowelle angepaßt ist, nehmen die Elektronen wirksam Energie aus der Mikrowelle auf und erzeugen ein hochdichtes Plasma 615, das sich aus der Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Erscheinung ergibt (nachfolgend als "ECR" bezeichnet). Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, ist so gestaltet, daß eine gleichmäßige Magnetfeld-Grenzfläche gebildet wird (im folgenden als "ECR-Grenzfläche" bzw. Interface bezeichnet), welche die Anforderungen zur Existenz der ECR im Vakuumgefäß 67 erfüllt. Im vorliegenden Fall beträgt die Stärke des magnetischen Feldes an der ECR- Grenzfläche 875 Gauß. Auf diese Weise wird ein Plasma 615 hoher Dichte im Vakuumgefäß 67 erzeugt. Fig. 4 zeigt die ECR-Grenzfläche 152 durch eine gestrichelte Linie an. Die ECR-Grenzfläche wird durch die Solenoidwicklungen 651 für den magnetischen Hauptfluß und die Steuersolenoidwicklungen 652, 653 so gesteuert und reguliert, daß sie im Vakuumgefäß 67 auf ein gewünschtes Niveau eingestellt werden kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Solenoidwicklungen 65 gemeinsam am Joch 654 befestigt, das bis zum inneren peripheren Abschnitt der Solenoidwicklung 651 heraufgezogen worden ist, wodurch es leicht ist, das in den Solenoidwicklungen 65 in axialer Richtung gebildete magnetische Feld zu konzentrieren, die ECR-Grenzfläche mit Hilfe der Steuer-Solenoidwicklungen 652, 653 zu verflachen und das Niveau der ECR-Grenzfläche zu steuern. Obwohl der obere Randabschnitt des Joches 654 in diesem Fall axial zurückgebogen werden muß, um das magnetische Feld in axialer Richtung mit größerer Wirksamkeit zu konzentrieren, kann der beabsichtigte Zweck auch ohne die Mühe, den oberen Randabschnitt derselben axial umzubiegen, erreicht werden.
Fig. 6 zeigt das Verhalten der in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleiteten Mikrowelle. Die in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitete Mikrowelle wird zuerst eine stehende Welle, die die Reflexion mit dem Objekttisch 68 als reflektierendes Ende wiederholt, nachdem sie im Wege über den zylindrischen Hohlraum 64 und das Mikrowellen durchlassende Fenster 66 in das Vakuumgefäß 67 eingeleitet worden ist, oder die die Reflexion zwischen der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraums 64 und der oberen oder unteren Stirnseite des Mikrowellen durchlassenden Fensters 66 oder der Sprühplatte 611 wiederholt. Während dieser Reflexionsdauer wird das im Vakuumgefäß 67 befindliche Prozeßgas durch die in das Vakuumgefäß 67 eingeleiteten Mikrowellen angeregt und in ein Plasma umgewandelt. Wenn die Dichte des so erzeugten Plasmas ein bestimmtes Niveau überschreitet (in einem Fall, bei dem ein magnetisches Feld vorhanden ist und die Elektronendichte > 1 · 10¹¹/cm³ ist), werden einige der auf das Plasma einfallenden Mikrowellen in demjenigen Plasmateil reflektiert, der die genannte Dichte aufweist. Im Fall einer Entladung unter Benutzung der ECR steigt die Plasmadichte leicht bis auf ein Niveau an, bei dem die Mikrowelle reflektiert wird. Aus diesem Grund werden einige Mikrowellen an dem diese Dichte aufweisenden Plasmaabschnitt 615 als Grenzebene 151 reflektiert, und eine derartige Mikrowelle wird nach Wiederholung der Reflexion zwischen der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraums 64 und der Grenzebene 161 des Plasmas 615 zu einer stehenden Welle c. Wenn die Dichte des so erzeugten Plasmas ein bestimmtes Niveau überschreitet (in einem Fall, bei dem ein magnetisches Feld vorhanden ist und die Elektronendichte > 1 · 10¹¹/cm³ ist), wird die stehende Welle c dominant.
Nachfolgend wird eine Beschreibung zu der vorgenannten Tatsache geliefert. Obwohl die Grenzebene 151 des Plasmas tatsächlich eine bestimmte Dicke besitzt, soll die Dicke der Grenzebene 151 zu Gunsten nur der Erklärung des Prin zips außer Betracht bleiben. Wenn der Abstand von der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraumes 64 bis zur Grenzebene 151 des Plasmas 615 (äquivalenter Abstand in bezug auf die Mikrowelle: L = &epsi;r dx (Integration von (0, 1), &epsi;r = Dielektrizitätskonstante, wird angewandt) ganzzahlig mal der halben Wellenlänge wird, erzeugt diese Mode Resonanz, die als stehende Welle zwischen der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraums 64 und der Grenzebene des Plasmas 615 existieren kann. Eine vom Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter 63 neu in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitete Mikrowelle wird der stehenden Welle überlagert, wodurch eine Mikrowelle, die in bezug auf die Hohlleiter- Wellenlänge der stehenden Welle gleich ist, mit dieser in Resonanz kommt und zu einer solchen wird, die ein stärkeres elektromagnetisches Feld aufweist. Diejenige Mode, die nicht in der Lage ist, die obige Bedingung zu erfüllen, schwächt sich ab und kann nicht zwischen der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraums 64 und der Grenzebene 151 des Plasmas 615 existieren.
Durch geeignetes Wählen der Höhe des zylindrischen Hohlraums 64 können die resonanzverstärkten Mikrowellen in einer spezifischen einzelnen Mode oder einer Vielzahl von spezifischen Moden somit in das Vakuumgefäß 67 im Wege über das die. Mikrowellen durchlassende Fenster 66 und die Sprühplatte 611 eingeleitet werden, wobei die Mode im zylindrischen Hohlraum 64 beibehalten wird. Mit anderen Worten kann ein gleichförmiges, stabiles Plasma hoher Dichte erzeugt werden, da kein willkürlicher Mode-zu-Mode-Übergang auftreten kann, nachdem das Plasma erzeugt worden ist.
In diesem Fall werden die Mikrowellen vom Typ der TE&sub1;&sub1;-Mode von dem Kreis- Rechteck-Konversionshohlleiter 63 in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitet. Da die Mikrowellen vom Typ der TE&sub1;&sub1; in den zylindrischen Hohlraum 64 eingeleitet werden müssen, obwohl Mikrowellen in verschiedenen Moden TE, TM im zylindrischen Hohlraum 64 mit vergrößertem Innendurchmesser vorhanden sein mögen, tritt der Typ TE grundsätzlich leicht auf. Ein solcher Typ TE, der induziert ist, umfaßt: TE&sub1;&sub1;, TE&sub2;&sub1;, TE&sub0;&sub1;, TE&sub3;&sub1;, TE&sub4;&sub1;, TE&sub1;&sub2;, TE&sub5;&sub1;, TE&sub2;&sub2;, TE&sub0;&sub2;, TE&sub6;&sub1;. Da die Mikrowellen, die in diesem Fall in den zylindrischen Hohlraum 64 einzuleiten sind, die Mikrowellen in der Mode TE&sub1;&sub1; sind, ist das Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungsverhältnis bei der Mode TE&sub1;&sub1; hoch. Die Innenabmessungen des zylindrischen Hohlraums 64 sind so getroffen, daß die stehende Welle c in der Mode TE&sub0;&sub1; gebildet werden kann, wodurch hauptsächlich Mikrowellen der Moden TE&sub1;&sub1;, TE&sub0;&sub1; durch den zylindrischen Hohlraum 64 ausgebreitet werden. Was Mikrowellen in anderen Moden als den oben erwähnten anbetrifft, werden einige von ihnen aufgrund einer Phasenverschiebung von der Grenzebene 151 des Plasmas 615 reflektiert und schwächen sich graduell ab, wobei sie durch neu eingeleitete Mikrowellen versetzt werden. Die Mikrowellen der Mode TE&sub1;&sub1; liefern ein starkes elektromagnetisches Feld im zentralen Abschnitt, während jene in der TE&sub0;&sub1; ein starkes elektromagnetisches Feld im peripheren Abschnitt erzeugen. Infolgedessen können durch Überlagern der Mikrowellen in den beiden Moden Mikrowellen, die nicht nur ein starkes elektromagnetisches Feld aufweisen, sondern auch eine gleichförmige elektromagnetische Feldstärke, über einen weiten Bereich des Inneren des zylindrischen Hohlraumes 64 ausgebreitet werden. Somit kann ein gleichförmiges stabiles Plasma hoher Dichte im Vakuumgefäß 67 erzeugt werden.
Da die inneren Durchmesser des zylindrischen Hohlraumes 64 und des Vakuumgefäßes 67 diesmal gleich bemessen sind, kann ein schwerwiegender Fehler in bezug auf den Innendurchmesser des Raumes, der von der oberen Platte 641 des zylindrischen Hohlraumes 64 bis zu der Grenzebene 151 des Plasmas 615 reicht, vermieden werden, und Mikrowellen, die sich im zylindrischen Hohlraum 64 ausbreiten, können direkt dem Vakuumgefäß 67 zugeführt werden. Daher sind der zylindrische Hohlraum 64 und das Vakuumgefäß 67 weitestgehend im wesentlichen dem Innendurchmesser nach gleich. Dessen ungeachtet wird der Innendurchmesser des Vakuumgefäßes 67 aufgrund gewisser Gestaltungsbeschränkungen geringfügig kleiner, wie etwa die Fassung des die Mikrowellen durchlassenden Fensters 66. Übrigens beruht der Grund, der zur Festlegung des Innendurchmessers des Vakuumgefäßes 67 auf einen etwas kleineren Wert als den des zylin drischen Hohlraums 64 zu bringen, auf der Art der Befestigung der Sprühplatte 611 und des die Mikrowellen durchlassenden Fensters 66. Da der zylindrische Hohlraum 64 bzw. das Vakuumgefäß 67 auf der atmosphärischen und insbesondere der Druckseite plaziert sind, wird das die Mikrowellen durchlassende Fenster 66 gegen den oberen Endabschnitt des Vakuumgefäßes 67 unter Benutzung der Druckdifferenz angepreßt, so daß das Innere des Vakuumgefäßes 67 luftdicht bleibt.
Wenngleich der Innendurchmesser des Vakuumgefäßes 67 in axialer Richtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, wie beansprucht, gleich groß bemessen ist, kann der Innendurchmesser des unteren Teils des Vakuumgefäßes graduell, bei gleicher erzielbarer Wirkung wie oben beschrieben, variiert werden, solange die Grenzebene 151 des Plasmas 615 in bezug auf den Durchmesser mindestens dem zylindrischen Hohlraum 64 gleicht, wie in Fig. 4A gezeigt ist. In diesem Fall nimmt der Innendurchmesser graduell bis zum Objekttisch 68 zu, wo er wie erforderlich bemessen ist. Auf diese Weise kann der zylindrische Hohlraum hinsichtlich seiner Größe verkleinert werden, und der gesamte Körper einschließlich der Solenoidwicklungen 65 kann ebenfalls kompakt ausgebildet werden.
Bezugnehmend auf die Fig. 7 bis einschließlich 14 soll nachfolgend das operative Verhalten bzw. die Wirkungsweise des Plasmas des oben behandelten Gerätes beschrieben werden.
Um das Plasmaverhalten des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zu untersuchen, wird der Durchmesser des zylindrischen Hohlraums 64 auf 405 mm festgesetzt, und die Höhe desselben soll von 0 bis 160 mm veränderlich sein. Weiter wird der Durchmesser des die Mikrowellen durchlassenden Fensters 66 auf 404 mm festgesetzt; der Durchmesser des Vakuumgefäßes 67 beträgt 350 mm; und der Abstand zwischen der unteren Oberfläche des die Mikrowellen durchlassenden Fensters 66 und der oberen Seite des Objekttisches 68 beträgt 175 mm.
Jede nachfolgend beschriebene Tendenz des Plasmaverhaltens ist nicht auf die Abmessungen des obigen Gerätes gemäß der Erfindung, wie beansprucht, beschränkt. Wenn ein Objekt mit Hilfe eines Mikrowellenplasmas bearbeitet wird, wird das die Mikrowellen durchlassende Fenster im wesentlichen senkrecht zu derjenigen Richtung eingestellt, in der die Mikrowelle vorrückt, und die Mikrowellen werden veranlaßt, in im wesentlichen das gesamte Vakuumgefäß einzudringen, ehe sie über den zylindrischen Hohlraum in das Vakuumgefäß eingeführt werden, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich groß wie derjenige des zylindrischen Hohlraums ist. Auf diese Weise sind die Abmessungen des oben beschriebenen Gerätes irgendwelchen Beschränkungen enthoben.
Fig. 7 zeigt das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte eines Ionenstroms, der ein Objekt erreicht, wenn die Höhe (L) des zylindrischen Hohlraums 64 variiert wird, und Fig. 8 zeigt dazu das Verhalten einer reflektierten Mikrowelle. Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, verändert sich das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms und der reflektierten Mikrowelle dann, wenn die Höhe (L) des zylindrischen Hohlraums 64 verändert wird. Die Anwendung der dimensionsmäßigen (L) Bedingungen (im Bereich von 1&sub1; ~ 1&sub2;) des zylindrischen Hohlraumes, wo die Dichte des gesättigten Ionenstroms hoch und genügend gleichförmig ist, auf Fig. 8 offenbart die Tatsache, daß die Bedingungen, unter denen die reflektierte Welle 0 und maximal wird, bis auf den Zwischenabschnitt zwischen beiden Bedingungen, unbefriedigt bleibt, d. h., daß die Bedingung, unter der die Welle reflektiert wird, bis zu einem gewissen Maße erfüllt wird. Die in diesem Zeitpunkt reflektierte Welle ist dasjenige, was über die Hohlleiter 63, 62 reflektiert wird. Die dimensionsmäßigen (L) Bedingungen (im Bereich von 1&sub1; ~ 1&sub2;) des zylindrischen Hohlraumes, wo die Dichte des gesättigten Ionenstroms hoch und weitgehend gleichförmig ist, werden bei den Spitzenwerten der Dichte des gesättigten Ionenstroms und der Gleichförmigkeit nicht befriedigt, bis auf einen substantiell weiten und auch zulässigen Bereich. Wenn die Dimensionen (im Bereich von 1&sub1; ~ 1&sub2;) des zylindrischen Hohlraumes das Reflektieren der Mikrowellen bis zu einem gewissen Grad erlauben, wird die Mikrowelle als eine aus einer Vielzahl von spezifischen Moden bestehende Welle, statt ein einzelner Mode betrachtet. Allerdings kann die Mikrowelle wirksam in das Plasma eingeleitet werden, wenn die reflektierte Welle bei der Dimension L des zylindrischen Hohlraums groß ist, indem eine Anpassungsvorrichtung, wie etwa ein Zuleitungs- Tuner, im Hohlleiter 6 oder im Kreis-Rechteck-Konversionshohlleiter 63 angebracht ist.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Dimension L1 des zylindrischen Hohlraums und der Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte, wenn der Abstand L2 zwischen dem die Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 und der ECR-Grenzfläche verändert wird. Fig. 10 zeigt eine weitere Version der Fig. 9; wenn die darin zum Ausdruck kommende Tendenz unter einem anderen Winkel betrachtet wird, indem sie zeigt, daß das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms das Objekt erreicht, wenn der Abstand zwischen dem die Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 und der ECR-Grenzfläche unter der Annahme verändert wird, daß der Abstand zwischen der ECR-Grenzfläche und dem Objekttisch 68 zum Beladen mit einem Objekt konstant ist. Augenscheinlich zeigt sich, daß sich die Gleichförmigkeit der Dichteverteilung des gesättigten Ionenstroms verbessern wird, wenn der Abstand (L2) zwischen dem Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 und der ECR-Grenfläche zunimmt. Um die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms auf nicht größer als 10% festzusetzen, hat sich ein Abstand von nicht unter 50 mm als notwendig zwischen dem die Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 und der ECR-Grenzfläche gemäß einem weiteren Experiment erwiesen.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Dimension (L1) des zylindrischen Hohlraumes und der Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte, wenn der Abstand (L3) zwischen der ECR-Grenzfläche und dem Objekttisch zum Beladen mit einem Objekt verändert wird. Fig. 12 zeigt eine weitere Version der Fig. 9, wenn die darin zum Ausdruck kommende Tendenz unter einem anderen Winkel betrachtet wird, indem das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten lonenstroms das Objekt erreicht, wenn der Abstand zwischen der ECR-Grenzfläche und dem Objekttisch 68 zum Beladen mit einem Objekt unter der Annahme verändert wird, daß der Abstand zwischen dem die Mikrowellen durchlassenden Fenster 66 und der ECR-Grenzfläche konstant ist. Augenscheinlich ist zu erkennen, daß sich die Gleichförmigkeit der Verteilung der Dichte des gesättigten Ionenstromes verbessert, wenn der Abstand zwischen der ECR-Grenzfläche und dem Objekttisch 68 zum Beladen mit einem Objekt zunimmt. Da sich die Gleichförmigkeit scharf verschlechtert, wenn sich der Abstand zwischen der ECR- Grenzfläche und dem Objekttisch 68 zum Beladen mit einem Objekt gemäß einem weiteren Experiment auf weniger als 30 mm vernngert, erwies sich bei einem weiteren Experiment ein Abstand von nicht unter 30 mm zwischen der ECR- Grenzfläche und dem Objekttisch 68 zum Beladen mit einem Objekt als erforderlich, um die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms nicht über 10% zu bringen.
Fig. 13 zeigt das Niveau, die Gleichförmigkeit und die Entladungsstabilität der Dichte des das Objekt erreichenden Ionenstroms, wenn der Magnetfeldgradient verändert wird. Für diesen Fall zeigt Fig. 13(a) das Niveau der Ionenstromdichte, Fig. 13(b) die Gleichförmigkeit der Ionenstromdichte, und Fig. 13(c) die Entladungsstabilität der Ionenstromdichte. Fig. 14 veranschaulicht eine weitere Version der Fig. 13, wenn die darin zum Ausdruck kommende Tendenz unter einem unterschiedlichen Winkel betrachtet wird, indem sie das Niveau und die Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms, der das Objekt erreicht, für den Fall zeigt, daß der Magnetfeldgradient in der Mitte der ECR-Grenzfläche verändert wird. Es gibt nur einen geringfügigen Unterschied bei der Entladungsstabilität zwischen Fällen, in denen die Einstellung des Magnetfeldgradienten auf 50 G/cm, 40 G/cm und 30 G/cm geändert wird. Die Entladung tendiert allerdings dahin, instabil zu werden, wenn ein solcher Wert auf 20 G/cm eingestellt wird. Gemäß einem weiteren Experiment stellte sich die Entladung als instabil heraus, wenn der Magnetfeldgradient auf einen Wert von nicht mehr als 15 G/cm einge stellt wird. Wie in Fig. 14 dargestellt, besteht ein geringer Unterschied unter den Mittelwerten der Dichte des gesättigten Ionenstroms in den Objekten, wenn der Wert des Magnetfeldgradienten zunimmt, wobei allerdings die Gleichförmigkeit dahin tendiert, sich zu verschlechtern. Wie oben gesagt wurde zeigt es Wirkung, wenn der Wert des Magnetfeldgradienten in der Mitte der ECR-Grenzfläche im Bereich von 20 G/cm bis 50 G/cm eingestellt wird, so daß ein stabiles, gleichförmiges Plasma hoher Dichte erzielt wird. Um ein noch gleichmäßigeres Plasma zu erzielen, muß eine ebensolche Magnetfeldebene, welche die Bedingung zum Entstehen von ECR befriedigt, eine im wesentlichen flache Ebene in bezug auf die Bearbeitungsoberfläche des Objekts sein.
Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die magnetische Feldstärke entlang der zentralen axialen Linie des Vakuumgefäßes 67 leicht dadurch gesteigert werden, daß der Innendurchmesser der oberen Solenoidwicklung 651 für den magnetischen Hauptfluß oder der Durchmesser (Dy) des Joches 654 kleiner als der Durchmesser des Objektes oder des Mikrowellen durchlassenden Fensters 66 ausgebildet wird. Weiter kann durch Steuern der Steuersolenoidwicklungen 652, 653 zusammen mit dem magnetischen Fluß der Solenoidwicklung 651 ein flaches magnetisches Feld ebenfalls in der Ebene parallel zur Oberfläche des Objektes erzielt werden, mit einem magnetischen Feldgradienten von nicht unter 20 G/cm und nicht größer als 50 G/cm. Um das magnetische Feld wie oben erwähnt zu steuern, werden die Solenoidwicklung 651 für den magnetischen Hauptfluß und die Steuersolenoidwicklungen 652, 653 jeweils entsprechend kontinuierlich ohne einen großen Spalt angebracht. In bezug auf den Durchmesser des Vakuumgefäßes 67 erwies sich eine Gleichförmigkeit von nicht mehr als 10% möglich, unter der Bedingung, daß der Durchmesser desselben auf nicht weniger als +50 mm in bezug auf den Durchmesser des Objektes gewählt wurde.
Bei dem so aufgebauten Gerät steuert die an den Objekttisch 68 angeschlossene RF-Spannungsquelle 610 Energie, welche auf Ionen in dem Plasma einfällt, das auf dem Objektträger 68 geladene Objekt gerichtet ist, getrennt von der Erzeu gung des Plasmas. Die Werte der durch die Solenoidwicklungen 651, 652 und 653 fließenden Ströme werden von einer Leistungssteuereinrichtung (nicht dargestellt) so gesteuert, daß die Intensität des Magnetfeldgradienten verändert wird, wodurch es möglich ist, nicht nur die Verteilung des Resonanzmagnetfeldes abzuflachen (auf der ECR-Grenzfläche) - als ECR-Bedingung für die Erzeugung des magnetischen Feldes im Entladungsraum - sondern auch die Position des Plasmas von der Objekt-Ladeoberfläche in das Vakuumgefäß 67 als eine Plasmabearbeitungskammer hin zu bewegen.
Wenn die Position des Plasmas von der Objekt-Ladeoberfläche durch die Schritte des Verwendens eines Oxidfilms als primäres Material für das Objekt einer Al- Legierung als Werkstück, und Photoresist als ein Maskenmaterial, verändert wird, bei Zuführen von 150 sccm von BCl&sub3;+Cl&sub2; als Ätzgas (1 sccm = 1,69 Pa · l/s), Halten des Prozeßdruckes auf 12 mlorr (1 Torr = 133,32 Pa), Einstellen der Mikrowellenleistung auf etwa 1000 W und Einstellen der RF-Leistung auf 85 W zum Steuern der durch die Solenoidwicklungen 651, 652 und 653 fließenden Ströme, wird die Ätzgeschwindigkeit der Maske und des Primärmaterials in dem Maße gesteigert, wie die Position des Plasmas vom Objekt wegverlagert wird, während die Ätzgeschwindigkeit des Werkstückes als dem Objekt im wesentlichen unverändert bleibt. Darüber hinaus nimmt der am Objekt erzeugte Vpp-Wert in dem Maß zu, wie die Position des Plasmas graduell vom Objekt wegbewegt wird. Mit anderen Worten nimmt nicht nur die Vorspannung, sondern auch die Einfallsenergie von Ionen im Plasma zu und der Ätzrückstand tendiert dahin, abzunehmen.
Das Werkstück aus einer Al-Legierung wird so hoch plaziert, daß durch das Plasma zur Zeit des Ätzens der Al-Legierung kein Rückstand erzeugt wird, d. h. die Höhe des Plasmas über der Objekt-Ladeoberfläche wird vernngert und so hoch bemessen, wie das Selektionsverhältnis in bezug auf das primäre Material hoch ist, d. h., die Höhe des Plasmas über der Objekt-Ladeoberfläche wird gesteigert. Der beabsichtigte Zweck wird damit erreicht.
Wenn der Oxidfilm (SiO&sub2;) als primäres Material, zusammen mit dem TiN- oder TiW-Film, überzogen mit einem Al-Legierungsfilm, und mit dem Photoresist als Maskenmaterial bei dem Werkstück angewandt werden, wird während des Ätzens des Al-Legierungsfilms ein rückstandfreies Ätzen durch Einstellen der Position des Plasmas näher zum Werkstück hin durchgeführt, und zwar bei Verwendung von BCl&sub3;+Cl&sub2; oder BCl&sub3;+SF&sub6; als Ätzgas; und Ätzen mit einem hohen Selektionsverhältnis Maske-zu-Primärmaterial wird durch Verlagern der Position des Plasmas während des Ätzens des TiN- oder TiW-Films durchgeführt. Obwohl die Position des Plasmas während des Ätzens des Al-Legierungsfilms näher an das Objekt herangebracht wird und sie während des Ätzens des TiN- oder TiW-Films davon weg bewegt wird, ist dieser Fall insofern nicht einschränkend, als sich der Positionszustand des Plasmas beispielsweise mit dem Mischungsverhältnis und dem Druck des Ätzgases verändert.
Bezugnehmend auf den obigen Fall; bei dem das Werkstück aus einer Al- Legierung hergestellt ist, und bei dem es der laminierte Film ist, der durch Überziehen des TiN- oder TiW-Films mit einem Al-Legierungsfilm hergestellt wird, kann auch jede beliebige andere Ätzbedingung durch Zugriff auf Ätzcharakteristika bezüglich jedes Materials des Werkstückes ermittelt werden, auch wenn es aus anderen Materialien als den oben aufgeführten hergestellt ist.
Wenngleich die Position des Plasmas durch Steuern des magnetischen Feldes mit Hilfe der Solenoidwicklungen 65 variabel gemacht worden ist, kann die gleiche Wirkung durch Bewegen des Objekttisches 68 in der Weise erzielt werden, daß der Abstand zwischen dem Objekttisch 68 und dem Plasma geändert wird.
Auf diese Weise erlaubt das Gerät der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, das von den Solenoidwicklungen 65 erzeugte magnetische Feld in einem weiten Bereich zu steuern, der die Höhenlage und Konfiguration der ECR-Grenzfläche, den Gradienten der Magnetflußdichte, usw. umfaßt. Da das Einstellen der Höhe des Objekttisches 68 auf Rezepturbasis erfolgen kann, beispielsweise mit dem Ziel, die Stromdichte der auf ein Objekt auftreffenden Ionen durch Regulieren der Höhe des Objekttisches 68 steuerbar zu machen, kann die Ionenstromdichte auf Materialbasis geändert werden, und dementsprechend wird eine optimale Plasmabearbeitung, wie etwa ein für ein spezifisches Material passendes Ätzen, machbar gemacht.
Bei dem so aufgebauten Gerät wird die Turbo-Molekularpumpe 613 als Hauptpumpe benutzt, und der Abgaskanal wird verbreitert, so daß ein Hochgeschwindigkeitsauslaß möglich ist. Übrigens ist die Abgasgeschwindigkeit der Turbo- Molekularpumpe 613 auf 2000 l/s bemessen, und die wirksame Abgasgeschwindigkeit des Objekt-Ladeabschnitts des Objekttisches 68 beträgt etwa 900 l/s (für N&sub2;). In bezug auf den Hochgeschwindigkeitsauslaß beschreibt das offengelegte japanische Patent Nr. 259119/1993 die Wirksamkeit eines solchen Hochgeschwindigkeitsauslasses. Gemäß diesem Konzept wird genügend Reaktionsgas geliefert, um die Silikon-Ätzgeschwiridigkeit zu steigern, während die Plasmadichte hochgehalten wird, wobei ein niedriger Druck bei hoher Auslaßgeschwindigkeit gegenüber der Ätzzufuhrratenbestimmung im Fall der Polysilikonätzung beibehalten wird.
In diesem Fall ist es möglich, das Selektionsverhältnis durch Niedrighalten der Ionenbeschleunigungsenergie zu steigern, um die Primärmaterial- Ätzgeschwindigkeit zu verringern. Allerdings ist die Formsteuerbarbarkeit (d. h. das Erzielen einer vertikalen Werkstückformgebung getreu zum Maskenmaterial) schwierig, weil die Dichte des Reaktionsproduktes aufgrund der Bedingung verringert wird, die auf einem solchen Hochgeschwindigkeitsauslaß beruht, so daß Mittel zum Verbessern der Formsteuerbarkeit erforderlich sind. Dementsprechend wird das Objekt gekühlt und erst dann geätzt, nachdem Sauerstoff dem Chlorgas als Ätzmittel hinzugefügt worden ist.
Daher wird eine Ätzgeschwindigkeit, die höher als diejenige ist, die zur Zeit der Bearbeitung des auf Raumtemperatur gehaltenen Objektes erreicht wird, durch gleichzeitiges Halten des Objektes auf niedrigen Temperaturen (einer Objekttemperatur von nicht mehr als 0ºC) in einem kleineren O&sub2;/Cl&sub2;+O&sub2;-Bereich (nicht mehr als 1,5%) der Sauerstoffbeaufschlagung erreicht als bisher bei der durch die Hochgeschwindigkeits-Auslaßbedingung bestimmten Gasdurchflußrate (nicht weniger als 250 ml/min.). Dadurch kann die Produktivität weiter verbessert werden.
Der Grund für diese Tatsache besteht darin, daß bei diesem herkömmlichen Ätzgerät die Plasmadichte unzureichend ist, was oft zur Folge hat, daß der Energieraten-Bestimmungsschritt und der Ätzversorgungsraten-Bestimmungsschritt im Hinblick auf das Abgasverhalten unbefriedigend sind, und daß die Silizium- Ätzbeschleunigung nicht notwendigerweise gesteigert worden ist. Demgegenüber scheint es, daß eine höhere Ätzgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht worden ist, daß eine größere Menge an Ätzmittel als bisher auf der Oberfläche des Silikons haftet, und daß das Gleichgewicht der chemischen Reaktion durch die Hinzufügung von Sauerstoff unter Beibehaltung eines Plasmas hoher Dichte, Anwenden eines Hochgeschwindigkeitsauslasses und gleichzeitiges Halten eines Objektes auf niedrigen Temperaturen, erzielt worden ist. Was andererseits den Silikonoxidfilm betrifft, ist es bekannt, daß die Reaktion nur in einem derart extrem niedrigen Temperaturbereich unterdrückt wird, daß die Objekttemperatur niedriger als -100ºC ist und die auf der Bearbeitung bei niedriger Temperatur beruhende Unterdrückungswirkung nicht als auf die Ätzgeschwindigkeit anwendbar betrachtet wird. Vielmehr wird es als prädominant angesehen, das chemische Ätzen (beispielsweise Si-O-Rekombination) durch Überdosieren des auf die Oberfläche des Oxidfilms gebrachten Sauerstoffs zu unterdrücken.
Darüber hinaus wird im vorliegenden Fall die Konfiguration der Bearbeitungs- bzw. Prozeßkammer oder der Ätzkammer dadurch vereinfacht, daß der Innendurchmesser des Vakuum-Bearbeitungsgerätes 67 im wesentlichen gleich demjenigen des Ringschiebers 15 gemacht wird, und daß das Vakuumgefäß 67, der Ringschieber 15 und der Objekttisch 68 konzentrisch angeordnet werden. Da das Gerät den Hochgeschwindigkeitsauslaß anwendet, können Ablagerungen, wie etwa Reaktionsprodukte, kaum an der Prozeßkammer haften, da deren Innenfläche keine Rauhigkeiten aufweist und die aus der Plasmaverarbeitung resultierenden Reaktionsprodukte an der Anhäufung in dem Maße gehindert werden, wie das Gas gleichförmig und ruhig dahinströmt. Mit anderen Worten kann das Gerät zu einem solchen gemacht werden, welches im wesentlichen keine Änderungen im Laufe der Zeit erleidet. Weiter ist die Gleichförmigkeit des Bearbeitungsverhaltens in dem Maße verbesserbar gestaltet, wie die Gasströmung ebenfalls gleichförmig gemacht wird.
Bezugnehmend auf Fig. 15 ist darin ein weiteres Plasmabearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie beansprucht, dargestellt, daß nur Mikrowellen als Mittel zur Erzeugung eines Plasmas benutzt. In Fig. 15 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente wie die in Fig. 4, so daß nicht nur die Beschreibung derselben, sondern auch die Veranschaulichung von Komponenten, die beiden gemeinsam sind, entfällt. Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, daß es nicht mit Solenoidwicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Vakuumgefäß 67 ausgerüstet ist, und daß nur Mikrowellen durch den zylindrischen Hohlraum 64 hindurch in das Vakuumgefäß 67 eingeleitet werden, um ein im Vakuumgefäß vorhandenes Prozeßgas in ein Plasma umzuwandeln.
Da in diesem Gerät kein Magnetfeld besteht, werden einige der Mikrowellen reflektiert, wenn die Elektronendichte den Wert von 7 · 10¹&sup0;/cm³ übersteigt. Wie bei dem Gerät gemäß der vorhergehenden Ausführungsform koinzidiert das Reflexionsende der Mikrowelle mit der Grenzflächenebene 152 des Plasmas 616, wobei dann jede beliebige Wirkung als die vom Vorhandensein des Magnetfeldes resultierenden physikalischen Phänomene jenen gemäß der vorhergehenden Ausführungsform gleicht.
Wie oben erläutert ist, ist das die Mikrowellen durchlassende Fenster 66, das einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Vakuumgefäßes 67 entspricht, in dem die Mikrowellen einleitenden Element des Vakuumgefäßes 67 als Plasmaerzeugungskammer angebracht. Der zylindrische Hohlraum 64 als Hohlraum, der einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Vakuumgefäßes 67 entspricht, dient dazu, Mikrowellen in spezifischen Moden an einer die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche in Resonanz zu versetzen, wobei das Plasma in dem Vakuumgefäß 67 erzeugt wird, und es ist über das die Mikrowellen durchlassende Fenster an das Vakuumgefäß 67 angrenzend plaziert. Die Mikrowellen werden über den zylindrischen Hohlraum 64 in den Entladungsraum des Vakuumgefäßes 67 eingeleitet, wodurch das Plasma im Vakuumgefäß 67 durch diejenigen Mikrowellen erzeugt werden, die durch den zylindrischen Hohlraum 64 hindurch in das Vakuumgefäß 67 eingeleitet werden. Während die Erzeugung des Plasmas stattfindet, werden die aus dem zylindrischen Hohlraum 64 kommenden Mikrowellen, ohne durch das Plasma absorbiert zu werden, von der die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche zum hin Plasma reflektiert. Die so reflektierte Mikrowelle wird erneut von der oberen Platte 641 als reflektierende randseitige Stirnfläche des zylindrischen Hohlraums 64 reflektiert und wird zu einer stehenden Welle, die der Reflexionswiederholung zwischen der die Mikrowellen reflektierenden Grenzfläche mit dem Plasma und der reflektierenden randseitigen Stirnfläche des zylindrischen Hohlraums 64 unerzogen und einer neu einfallenden Mikrowelle überlagert. Damit ist der Resonanzzustand hergestellt, durch den Mikrowellen in spezifischen Moden im zylindrischen Hohlraum 64 gebildet werden, und die hohe Energie der in den spezifischen Moden auftretenden Mikrowellen wird dem Plasma erteilt, so daß das Plasma verdichtet wird. Da der zylindrische Hohlraum 64 in bezug auf seinen Durchmesser dem Entladungsraum im wesentlichen gleicht, werden die Mikrowellen an der gesamten, im wesentlichen dem zylindrischen Hohlraum 64 zum Plasma hin gelegenen reflektiven Oberfläche in Resonanz versetzt, und die Mikrowellen in den spezifischen Moden können direkt an das Plasma übertragen werden. Infolgedessen kann ein in bezug auf die Gleichförmigkeit ausgezeichne tes Plasma stabil dadurch erzeugt werden, daß die Mikrowellen in den spezifischen Moden gleichzeitig mit einem gleichförmigen elektromagnetischen Feld in Resonanz versetzt werden.
Ein Plasma von noch größerer Dichte kann dadurch erzeugt werden, daß man das von den Solenoidwicklungen ausgehende magnetische Feld auf die Erzeugung des Plasmas in Berührung mit den Mikrowellen wirken läßt, um ECR zu benutzen.
Da außerdem das Vakuumgefäß 67 als Kammer zum Bearbeiten von Objekten zylindrisch ausgebildet ist, so daß der axiale Querschnittbereich an jedem gegebenen Punkt gleichrangig ist, und obwohl die Position der ECR-Grenzfläche in axialer Richtung innerhalb des Vakuumgefäßes 67 variiert, bleibt das Gebiet der ECR-Grenzfläche unverändert, wodurch das Plasma an irgendeiner Stelle in axialer Richtung innerhalb des Vakuumgefäßes 67 verdichtet und gleichförmig gemacht wird. Mit anderen Worten wird der Zustand des Plasmas an jeder gegebenen Stelle invariabel gemacht.
Da weiter der Abstand des Raumes zwischen der ECR-Grenzfläche als Raum, in welchem die Energie von Mikrowellen an das Plasma übertragen wird und das die Mikrowellen durchlassende Fenster 66 aus einer flachen Quarzplatte zum Einleiten der Mikrowellen ausgebildet ist, ist auf einen Wert von nicht unter 50 mm bemessen, wodurch das so erzeugte Plasma vergleichmäßigt wird. Weiter ist der Abstand zwischen der ECR-Grenzfläche als Raum, wo das so erzeugte Plasma durch Diffusion expandiert, und der Objekttisch zum Auflegen eines Objektes als Werkstück, auf nicht unter 30 mm bemessen, wodurch das Plasma, das das auf den Objekttisch gelegte Objekt erreicht, wegen der Diffusionswirkung vergleichmäßigt wird. Die Ionenstromdichte kann somit gleichmäßig um nicht mehr als 10% verteilt werden.
Weiter wird die Position der ECR-Grenzfläche am heftigen Fluktuieren gehindert, wenn der Strom, der zum Fließen durch die Solenoidwicklungen zwecks Erzeu gen des magnetischen Feldes veranlaßt wird, leicht fluktuiert, indem der Wert des Magnetfeldgradienten an der ECR-Grenzfläche auf nicht unter 20 G/cm eingestellt wird. Durch Einstellen des Wertes des Magnetfeldgradienten an der ECR- Grenzfläche im Bereich von nicht über 50 G/cm, wird die Dicke der ECR- Grenzfläche an der Verringerung gehindert, und da die Verteilung der Intensität der Mikrowellen an der direkten Reflexion am dichten Plasma gehindert wird, kann auch das Plasma, das das auf dem Objekttisch liegende Objekt erreicht, daran gehindert werden, veränderlich zu werden, so daß die Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Dichte des gesättigten Ionenstroms unterdrückt wird.
Unter Verwendung der oben genannten Merkmale kann die Dichte des an die Bearbeitungsoberfläche des Werkstückes gelieferten Ionenstromes mit einer Gleichförmigkeit verteilt werden, die nicht größer als 10% ist, um sicherzustellen, daß Objekte mit einem großen Durchmesser, wie etwa Wafers von (8 Inch) 200 mm Durchmesser, gleichförmig geätzt werden.
Da das Anbringen der isolierenden Abdeckung auf der inneren Wandoberfläche des Vakuumgefäßes 67 gemäß den obigen Ausführungsformen die Metallkontamination wegen des im Vakuumgefäß befindlichen Plasmas verhindert, werden Mikrowellen, die eine gleichförmige Energieverteilung aufweisen, zum Erzeugen eines gleichförmigen Plasmas verwendet, und gleichzeitig werden Objekte, wie etwa Wafers von 200 mm (8 Inch) Durchmesser, gleichmäßig bearbeitbar, bei ausgezeichneter Ausbringungsrate.

Claims

1. Plasmaverarbeitungsverfahren, das die Schritte aufweist:

Liefern eines Prozeßgases zu einer Plasma erzeugenden Kammer (67),

Vakuumisieren der Plasma erzeugenden Kammer (67) auf einen vorbestimmten Druckpegel,

Einführen von Mikrowellen durch einen zylindrischen Hohlraum (64) direkt in die Plasma erzeugende Kammer (67), wobei der zylindrische Hohlraum in Kommunikation für Mikrowellen mit der Plasma erzeugende Kammer (67) über ein für Mikrowellen durchdringbares Fenster (66) ist,

Umwandeln des Prozeßgases in der Plasma erzeugenden Kammer (67) in ein Plasma (615, 616) durch die Mikrowellen, die in die Plasma erzeugende Kammer (67) eingeführt worden sind,

gekennzeichnet durch

Einführen der Mikrowellen, die einen zweiten spezifischen Wellentyp in der Richtung einer gemeinsamen zentralen Achslinie des zylindrischen Hohlraumes (64) und der Plasma erzeugenden Kammer (67) aufweisen, in den zylindrischen Hohlraum (64), wobei der innere Durchmesser des zylindrischen Hohlraums (64) im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Plasma erzeugenden Kammer (67) ist,

Reflektieren der Mikrowellen, die nicht durch das Plasma (615) in spezifischen Wellentypen zwischen einem Reflexionsinterface (151, 152) des Plasmas (615), das in der Plasma erzeugenden Kammer (67) erzeugt worden ist, und eine Kantenfläche (641) des zylindrischen Hohlraums (64), der Plasma erzeugenden Kammer (67) gegenüberliegt, absorbiert worden ist, um eine stehende Welle eines ersten spezifischen Wellentyp zu bilden, und

Verarbeiten einer Probe durch das Plasma (615), das durch die Mikrowelle mit den ersten und zweiten spezifischen Wellentypen in der Plasma erzeugenden Kammer (67) erzeugt worden ist.

2. Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der zweite spezifische Wellentyp TE&sub1;&sub1; ist.

3. Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der erste spezifische Wellentyp TE&sub0;&sub1; ist.

4. Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Plasma eine ECR-Aktion durch die Mikrowellen und ein magnetisches Feld verwendet.

Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, das weiter das Einstellen eines ECR-Interface auf eine gegebene relative Position in Übereinstimmung mit dem Material der Probe aufweist.

6. Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Probe ein Arbeitsstück in einem Vakuumgefäß (67) aufweist, wobei das Einführen der Mikrowellen durch den zylindrischen Hohlraum (64) direkt in die Plasma erzeugende Kammer (67) das Übertragen der Mikrowellen in spezifischen Wellentypen zu dem zylindrischen Hohlraum (64) umfaßt, und weiter umfaßt:

Veranlassen, daß die Mikrowelle eine Reflektion zwischen einem Übergang eines Entladungsbereiches mit einem für Mikrowellen durchdringbaren Element und der Kantenfläche (641) auf der einführenden Seite des zylindrischen Hohlraums (64) wiederholt, um eine stehende Welle in einem ersten spezifischen Wellentyp zu bilden,

Mischen der stehenden Welle mit der Mikrowelle, die durch den zylindrischen Hohlraum (64) ausgebreitet wird, wobei die ausgebreitete Mikrowelle einen zweiten Wellentyp aufweist, der unterschiedlich vom ersten spezifischen Wellentyp ist, und

Einführen des Gemisches in einen Entladungsbereich und dadurch Verursachen einer Entladung in dem Vakuumgefäß (64).

7. Plasmaverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 6, das weiter aufweist, daß aus dem spezifischen Wellentyp, der zu dem zylindrischen Hohlraum (64) übertragen wird, ein TE&sub1;&sub1; Wellentyp gemacht wird,

daß aus dem ersten spezifischen Wellentyp zum Bilden der stehenden Welle ein TE&sub0;&sub1; Wellentyp gemacht wird, und

daß aus dem zweiten spezifischen Wellentyp, der durch den zylindrischen Hohlraum (64) übertragen wird, ein TE&sub1;&sub1; Wellentyp gemacht wird.

8. Plasmaverarbeitungsvorrichtung, die aufweist:

eine Plasma erzeugende Kammer (67), um einen Entladungsbereich zu bilden,

einen zylindrischen Hohlraum (64), der eine Kantenseite (641) aufweist, die der Plasma erzeugende Kammer (67) gegenüberliegt und in Kommunikation zu der Plasma erzeugenden Kammer (67) ist,

ein für Mikrowellen durchdringbares Fenster (66) zwischen dem zylindrischen Hohlraum (64) und der Plasma erzeugenden Kammer (67), das einen Teil der Plasma erzeugenden Kammer (67) bildet, und durch das die Mikrowellen in die Plasma erzeugende Kammer (67) eindringen,

Einrichtungen (112) zum Liefern eines Prozeßgases zu der Plasma erzeugenden Kammer (67),

Einrichtungen (614), um die Plasma erzeugende Kammer (67) bis zu einem Druckpegel zu vakuumisieren,

Einrichtungen (62, 63) um Mikrowellen in den zylindrischen Hohlraum (64) im wesentlichen senkrecht zu dem für Mikrowellen durchdringbaren Fenster (66) einzuführen,

dadurch gekennzeichnet, daß

der innere Durchmesser des zylindrischen Hohlraums (64) im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Plasma erzeugenden Kammer (67) ist,

der Durchmesser des effektiven Eindringabschnittes des Fensters (66) zum Eindringen der Mikrowellen im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Plasma erzeugenden Kammer (67) ist, so daß die Mikrowellen im wesentlichen in die gesamte Plasma erzeugende Kammer (67) eintreten,

wobei die Mikrowellen, die nicht durch das Plasma absorbiert worden sind, in spezifischen Wellentypen zwischen einem Reflektionsinterface (151, 152) des Plasmas, das in der Plasma erzeugenden Kammer (67) erzeugt worden ist, und der Kantenseite (641) des zylindrischen Hohlraums (64) reflektiert werden, der der Plasma erzeugenden Kammer (67) gegenüberliegt.

9. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiter Solenoid- Spulen (65) aufweist, die um die Plasma erzeugende Kammer (67) und den zylindrischen Hohlraum (64) bereitgestellt sind.

10. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, die weiterhin Spulen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie ein magnetisches Feld bilden, das dazu geeignet ist, eine ECR-Aktion in der Plasma erzeugenden Kammer (67) zu verursachen, wobei der eine der inneren Durchmesser der Spule und ein Joch außerhalb der Spulen kleiner als der Durchmesser des von den Mikrowellen durchdringbaren Fensters (66) ist.

11. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Mikrowellen und das magnetische Feld, das von den Solenoid-Spulen (65) abgeleitet ist, so eingestellt werden, daß eine Elektron-Zyklotron- Resonanz verursacht wird.

12. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der der Abstand zwischen einem ECR-Interface zwischen der Elektron-Zyklotron- Resonanz und dem von der Mikrowelle durchdringbaren Fenster (66) zumindest 50 mm ist.

13. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der der Abstand zwischen dem ECR-Interface und einer Probeplattform (68) auf nicht weniger als 30 mm eingestellt ist.

14. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der der Wert eines magnetischen Feldgradienten auf dem ECR-Interface in dem Bereich von 20 G/cm auf bis 50 G/cm eingestellt ist.

15. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiterhin Gasdüsen (111) aufweist, die so positioniert sind, daß sie Gasstrahlen in die Plasma erzeugende Kammer (67) senden, wobei die Gasdüsen (111) in der Nähe des von der Mikrowelle durchdringbaren Fensters (66) bereitgestellt sind und parallel zu der Probeplattform (68) gestreut sind.

16. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiterhin ein zylindrisches Gefäß aufweist, das einen inneren Durchmesser hat, der groß genug ist, um einen Wafer mit einem großen Durchmesser von nicht weniger als 200 mm (8 inches) zu laden, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, das erlaubt, daß Mikrowellen hindurch übertragen werden, und mit einem diskoidalen von Mikrowellen durchdringbaren Fenster aufgeteilt ist, und worin eine Seite des zylindrischen Gefäßes in einer Vakuumatmosphäre gehalten wird, wohingegen die andere Seite davon mit einem Mikrowellen-Wellenleiter verbunden ist, und worin die Seite des Fensters (66), das von den Mikrowellen durchdrungen wird auf seiner atmosphärischen Vakuumseite im wesentlichen nahe zu einer Position gesetzt ist, die weg von der Kantenseite des zylindrischen Gefäßes mit einem damit verbundenen Mikrowellen-Wellenleiter ist, um nicht mehr als n/2 der Führungswellenlänge der Mikrowelle, wobei n eine ganze Zahl ist.

17. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der der innere Durchmesser des zylindrischen Gefäßes nicht kleiner als 350 mm ist und worin der Mikrowellen-Wellenleiter zum Ausbreiten von Mikrowellen in einem kreisförmigen TE&sub1;&sub1;-Wellentyp verwendet wird.

18. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der das Plasma die ECR-Aktion durch die Mikrowellen und ein magnetisches Feld verwendet.

19. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiterhin eine Einrichtung zum Einstellen eines ECR-Interface auf eine gegebene relative Position in Übereinstimmung mit dem Material der Probe aufweist.

20. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, worin die Probe ein Werkstück in einem Vakuumgefäß aufweist und worin die Einrichtung zum Einführen der Mikrowellen, die sich durch den zylindrischen Hohlraum (64) ausbreiten, direkt in die Plasma erzeugende Kammer (67) eingeführt wird, die Einrichtungen zum Übertragen der Mikrowellen in spezifischen Wellentypen zu dem zylindrischen Hohlraum aufweist, und weiter aufweisen:

Einrichtungen, um die Mikrowelle dazu zu veranlassen, eine Reflexion zwischen einer Entladungsbereich-Schnittstelle mit einem für Mikrowellen durchdringbaren Element und der Kantenfläche (641) auf der einführenden Seite des zylindrischen Hohlraums (64) zu wiederholen, um eine stehende Welle in einem ersten spezifischen Wellentyp zu bilden,

Einrichtungen zum Mischen der stehenden Welle mit der Mikrowelle, die durch den zylindrischen Hohlraum (64) ausgebreitet worden ist, wobei die ausgebreitete Mikrowelle einen zweiten Wellentyp aufweist, der unterschiedlich von dem ersten spezifischen Wellentyp ist, und

Einrichtungen zum Einführen des Gemisches in einen Entladungsbereich und dadurch Verursachen einer Entladung in dem Vakuumgefäß.

21. Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, die weiter eine Einrichtung aufweist, um aus dem spezifischen Wellentyp, der zu dem Mikrowellen einführenden Element übertragen worden ist, einen TE&sub1;&sub1;- Wellentyp zu machen,

Einrichtungen, um aus dem ersten spezifischen Wellentyp zum Bilden der stehenden Welle einen TE&sub0;&sub1;-Wellentyp zu machen, und

Einrichtungen, um aus dem zweiten spezifischen Wellentyp einen TE&sub1;&sub1;- Wellentyp zu machen, der durch das Mikrowellen einführende Element übertragen wird.