DE69218924T2

System for generating a high density plasma

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34 claims: 2 independent, 32 dependent

  1. 1
    Ein System zur Erzeugung eines Plasmas mit hoher Dichte, mit einer Plasmaeinschlußkammer (10) mit zylindrischer Form; einer Einrichtung (11) zum Einspeisen eines zu ionisierenden Gases in die Kammer (10); benachbart zu der Kammer angeordnete Einrichtungen (80, 81) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Längsrichtung in der Kammer (10); und einer Einrichtung (19) zur Erzeugung von Hochfrequenz-Energie; dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenneneinrichtung umfaßt:ein Einringelement (12) das die zylindrische Kammer (10) umgibt und in einem Zwischengebiet entlang der Länge der Kammer (10) angeordnet ist und in einer Ebene unter einem Winkel von mehr als 45º zu der Mittelachse der Kammer (10) angeordnet ist, wobei das Einringelement (12) mit der Einrichtung (19) zur Erzeugung von Hochfrequenz-Energie gekoppelt ist.
  2. 2
    Ein System nach Anspruch 1, worin das Magnetfeld kleiner als 0,1 Tesla (1000 Gauss) ist, die Plasmadichte mehr als 10¹³/cm³ beträgt, und das Ringelement (12) sich unter einem Winkel von ungefähr 90º relativ zu dem Magnetfeld befindet.
  3. 3
    Ein System nach Anspruch 2, worin das System einen ersten Plasmastrom- und -dichte-Peak im Bereich von ungefähr 50 Gauss (0,005 Tesla) und einen zweiten Plasma- und -dichte-Peak im Bereich von ungefähr 0,04 Tesla (400 Gauss) aufweist.
  4. 4
    Ein System nach Anspruch 3, worin die Hochfrequenz-Energie im Bereich von 13,56 MHz liegt und die Einrichtung (19) zur Anregung weiterhin eine Widerstandsanpassungseinrichtung (18, 20, 21) einschließt.
  5. 5
    Ein System nach Anspruch 1, worin die Moden-Struktur des von dem Ringelement (12) übertragenen elektrischen Wellenfeldes die m=0-Mode ist und eine Steigung von 2π/kz aufweist, wobei kz durch die Dispersionsbeziehung [ω/ωc - ωp²/C²Kz²]² = 1 + (3,83kza)² und eine Phasengeschwindigkeit von ω/kz bestimmt wird, wobei ω, die Anregungsfrequenz, ωc die Elektron-Zyklotron-Kreisfrequenz, ωp die Plasmafrequenz, kz die axiale Wellenzahl in dem Plasma und a der Plasmaradius ist.
  6. 6
    Ein System nach Anspruch 5, worin das Plasma mit niederfrequenten Whistlerwellen mit der Beziehung Ωc < ω < ωc wobei Q die Ion-Zyklotronfrequenz ist, angeregt wird.
  7. 7
    Ein System nach Anspruch 6, worin die Plasmadichte mehr als 10'³/cm³ beträgt und die Kammer (10) eine nichtmagnetische isolierende Kammer ist.
  8. 8
    Ein System nach Anspruch 1, worin die zylindrische Kammer (10') eine Austrittsöffnung (13) entlang der Längsachse einschließt, das System außerdem eine Prozeßkammer (27) benachbart zu der zylindrischen Kammer (10') und über die Austrittsöffnung (13) in Verbindung mit der zylindrischen Kammer (10') und eine Einrichtung (31, 46) zum Halten eines darin zu bearbeitenden Teils einschließt, und worin die Prozeßkammer (27) ein größeres Querschnittsgebiet als die zylindrische Kammer (10') aufweist.
  9. 9
    Ein System nach Anspruch 8, worin die Prozeßkammer (27) eine Einrichtung zum darin Aufrechterhalten eines Plasmas einschließt.
  10. 10
    Ein System nach Anspruch 9, worin die Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Plasmas Magneteinrichtungen (24, 25) um die Prozeßkammer (27) zum Bilden einer Magneteimerkammer (40) umfaßt.
  11. 11
    Ein System nach Anspruch 10, worin die Magneteimerkammer (40) in Aufsicht rechteckig ist und worin das System wenigstens zwei Plasmaeinschlußkammern (10') aufweist, die dort herum verbundene Einringantennenelemente (12') aufweisen und entlang der Magneteimerkammer (40) angeordnet sind.
  12. 12
    Ein System nach Anspruch 8, worin das System wenigstens zwei Plasmaeinschlußkammern (10'), von denen jede eine dort herum verbundene Einringantenne (12') aufweist, und Schaltkreiseinrichtungen umfaßt, die die Antennen zum Anregen der Antennen mit Hochfrequenz-Energie in Reihe koppeln.
  13. 13
    Ein System nach Anspruch 8, worin das System außerdem eine Einrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Substrats (30) in den Weg des Plasmas in der Prozeßkammer (27) umfaßt.
  14. 14
    Ein System nach Anspruch 13, worin das System außerdem eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Magnetsichelfeldes (77) in dem Gebiet des Substrates (78) einschließt, wobei das Magnetsichelfeld (77) zu dem Magnetfeld in Längsrichtung der Kammer (10') entgegengesetzt ist.
  15. 15
    Ein System nach Anspruch 14, worin die Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Magnetsichelfeldes (77) eine Einrichtung zur Änderung der Intensität des Magnetsichelfeldes (77) umfaßt, um die Plasmaflußdichte an dem Substrat (78) zeitlich zu mitteln.
  16. 16
    Ein System nach Anspruch 8, worin das System ein Sputter- Ziel (93) und einen Sputter-Ziel-Halter in der Prozeßkammer (91) in dem Weg des Plasmas, eine Einrichtung (94) zum Vorspannen des Sputter-Ziel-Halters und eine Substrateinrichtung (98) um den Plasmaweg zwischen der zylindrischen Kammer (10") und dem Sputter-Ziel (93) in dem Weg des davon gesputterten Materials umfaßt.
  17. 17
    Das System nach Anspruch 1, wobei:die Einrichtung (11) zum Einspeisen einen oder mehrere Flüssigkeitsinjektor(en) zum Einleiten einer Flüssigkeit in die Plasmaeinschlußkammer (10') umfaßt, wodurch die Schaffung eines Plasmas innerhalb der Plasmaeinschlußkammer (10') ermöglicht wird;und die Einrichtungen (80, 81) zur Erzeugung einen Magnetfelderzeuger zur Erzeugung eines Magnetfeldes;einen Stromsteuerer zur Steuerung des Stromes innerhalb des Magnetfelderzeugers, wodurch die Plasmagestalt gesteuert wird;eine Prozeßkammer (27), wobei das Plasma von dem Magnetfeld zu der Prozeßkammer (27) überführt wird;einen Substrathalter (31, 46, 64, 74), der sich innerhalb der Prozeßkammer (27) befindet;und ein Substrat (30) umfassen, das auf dem Substrathalter (31) angebracht ist, wobei das Substrat (30) dadurch dem Plasma ausgesetzt ist.
  18. 18
    Das System nach Anspruch 17, mit:einem Hilfs-Hochfrequenz-Erzeuger (33) zum Anlegen von Hochfrequenz-Energie an ein Substrat (30), das auf dem Substrathalter (31) liegt;einem Hochfrequenz-Anreger (19), wobei der Hochfrequenz-Anreger (19) eine Hochfrequenz-Spannung und einen Hochfrequenz- Strom erzeugt;und einem Anpassungsnetzwerk (18), wobei das Anpassungsnetzwerk (18) den Hochfrequenz-Anreger (19) und die Antenneneinrichtung (12') miteinander verbindet, wodurch der wirksame Übergang von Hochfrequenz-Energie von dem Hochfrequenz-Anreger (19) zu der Antenneneinrichtung (12') gefördert wird.
  19. 19
    Das System nach Anspruch 17, worin das erzeugte Magnetfeld (24, 25) im wesentlichen zu der Längsachse der Plasmaeinschlußkammer (10') parallel ist.
  20. 20
    Das System nach Anspruch 19, worin der Substrathalter (31) innerhalb der Prozeßkammer (27) im wesentlichen elektrisch isoliert gehalten wird.
  21. 21
    Das System nach Anspruch 20, worin der zweite Flüssigkeitsinjektor (11') als ein poröses Element ausgebildet ist, wodurch ein Gas in das Element eingeleitet werden kann und wobei das Gas aus dem Element in die Prozeßkammer (27) entweicht.
  22. 22
    Das System nach Anspruch 21, worin das poröse Element als ein Ring (36) ausgebildet ist, wobei der Ring (36) aus Rohren zusammengesetzt ist, wobei die Rohre perforiert (37) sind, um das Gas aus dem Ring (36) in die Prozeßkammer (27) entweichen zu lassen.
  23. 23
    Das System nach Anspruch 22, worin die Plasmaeinschlußkammer (10') ein Quarz-Zylinder ist.
  24. 24
    Das System nach Anspruch 17, mit mehreren Magneten (43, 62, 76), wobei die Magnete (43, 62, 76) auf einem Kreisumfang in der Nähe der Prozeßkammer (27, 40) angeordnet sind und aufeinanderfolgende Magnete (43, 62, 76) entgegengesetzte Ausrichtungen der Nord- und Süd-Pole aufweisen.
  25. 25
    Das System nach Anspruch 24, worin die Prozeßkammer (27, 40) ein Querschnittsgebiet aufweist, das größer als ein Querschnitt der Plasmaerzeugungskammer (10') ist.
  26. 26
    Das System nach Anspruch 25, worin die Prozeßkammer (27, 40) im wesentlichen aus Edelstahl geformt ist.
  27. 27
    Das System nach Änspruch 26, worin der Querschnitt der Prozeßkammer (27, 40) eine regelmäßige geometrische Gestalt aufweist.
  28. 28
    Das System nach Anspruch 24, mit einem zusätzlichen Magnetfelderzeuger (72, 73), wobei der Erzeuger sich hinter dem Substrathalter (74) auf der Seite des Substrates (78), die derjenigen der Plasmaerzeugungskammer (10') gegenüberliegt, und in einer zu derjenigen der anderen Magnetfelderzeuger (69, 70) im wesentlichen parallelen Ebene befindet und ein Magnetfeld erzeugt, das zu demjenigen der anderen Magnetfelderzeuger (69, 70) entgegengesetzt ist.
  29. 29
    Das System nach Anspruch 28, worin der Magnetfelderzeuger (72, 73), der sich hinter dem Substrathalter (74) befindet, ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt.
  30. 30
    Das System nach Anspruch 17, mit einem zusätzlichen Magnetfelderzeuger (72, 73), wobei der Erzeuger sich hinter dem Substrathalter (74) auf der Seite des Substrates (78), die derjenigen der Plasmabegrenzungskammer (10') gegenüberliegt, und in einer zu derjenigen der anderen Magnetfelderzeuger (69, 70) im wesentlichen parallelen Ebene befindet und ein Magnetfeld erzeugt, das zu demjenigen der anderen Magnetfelderzeuger (69, 70) entgegengesetzt ist.
  31. 31
    Das System nach Anspruch, worin der Magnetfelderzeuger (72, 73), der sich hinter dem Substrathalter (74) befindet, ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt.
  32. 32
    Das System nach Anspruch 17, mit:wenigstens einem Ziel (93);einer Vorspanneinrichtung (94), wobei die Vorspanneinrichtung (94) eine Spannung an das Ziel (93) anlegt, wodurch Ionen des Plasmas das Ziel (93) beschießen und Material von dem Ziel (93) sich auf dem Substrat (96) abscheiden lassen.
  33. 33
    Das System nach Anspruch 17, mit:mehreren Plasmaeinschlußkammern (10"), wobei jede Plasmaeinschlußkammer (10") mit der Prozeßkammer (91) zusammenwirkend verbunden ist;mehreren Ringantennen (12'), wobei jede Antenne (12') mit jeder Plasmaeinschlußkammer (10") elektromagnetisch gekoppelt ist;und mehreren Magnetfelderzeugern (80, 81), wobei jeder Magnetfelderzeuger mit der Plasmaeinschlußkammer (10") magnetisch gekoppelt ist.
  34. 34
    Das System nach Anspruch 17, mit:mehreren Plasmaeinschlußkammern (10"), wobei jede Plasmaeinschlußkammer (10") mit der Prozeßkammer (91) zusammenwirkend verbunden ist und jede Plasmaeinschlußkammer (10") zu der Längsachse der Prozeßkammer (91) koaxial liegt;mehreren Antennen (12'), wobei jede Antenne (12') mit einer Plasmaeinschlußkammer (10") elektromagnetisch gekoppelt ist;mehreren Magnetfeldspulen (82, 83), wobei die Magnetfeldspulen (82, 83) sich in der Nähe der Prozeßkammer (91) befinden;mehreren Magnetfelderzeugern (80, 81,) wobei jeder Magnetfelderzeuger (80, 81) mit einer Plasmaeinschlußkammer (10") magnetisch gekoppelt ist;und mehreren Substrathaltern (101), die innerhalb der Prozeßkammer (91) angebracht sind.
Independent claims34