Ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung sind aus der DE 41 32 558 Cl, die der US 5,489,362 A ent- spricht, bekannt. Die Offenbarung der US 5,489,362 A wird hiemit durch Bezugnahme zur Gänze in diese Beschreibung übernommen.

Der technologische Hintergrund der Erfindung ist folgen- der : Bei der Herstellung integrierter Schaltungen sowie bei der Erzeugung von Leistungshalbleitern steigen die Anforderungen an die geometrischen Abmessungen und an die Wärmeableitung. Diese Baugruppen müssen einerseits zum Einbau in sogenannte Chipkarten, wie zum Beispiel Banko- matkarten, welche dadurch zu intelligenten Datenträgern und Datenverarbeitungselementen werden, von der ursprüng- lichen Materialdicke von ca. 0,76 mm auf unter 0,2 mm gedünnt werden. Die im Umlauf befindlichen Chipkarten haben üblicherweise eine Dicke von 0,75 mm.

Die Dünnung ist aus mehreren Gründen notwendig : Die übli- cherweise auf einem Siliziumeinkristall befindliche inte- grierte Schaltung muß innerhalb der Chipkarte so einbaubar sein, daß sie vor Bruch und Beschädigung geschützt ist.

Die über der integrierten Schaltung notwendigen Metallkon- taktflächen sind in die Oberfläche der Chipkarte eingelas- sen und benötigen zur sicheren Funktion auch noch eine erhebliche Materialdicke.

Bei den Leistungshalbleitern besteht das Problem der Abführung der Verlustwärme, welche im Betrieb zwangsläufig entsteht. Der meistverwendete Werkstoff ist Silizium, das keine gute Wärmeleitungseigenschaft hat. Um die durch hohe Betriebsleistung entstehende Verlustwärme abzuführen, ist es notwendig, diese Bauelemente zu dünnen. Dadurch wird der Serienwärmewiderstand von dem an der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe befindlichem Leistungsbauele- ment zur kühlbaren Unterseite drastisch verringert.

Bisher wurde die Dünnung der Bauelemente mechanisch, übli- cherweise auf Naßflächenschleifmaschinen durchgeführt.

Dieser Vorgang kann erst am Ende des Fertigungsprozesses erfolgen, da die Siliziumscheiben, auf denen die inte- grierten Schaltungen und Leistungshalbleiter hergestellt werden, einen Durchmesser von zumeist 150-200 mm haben.

Wenn die angelieferten Siliziumscheiben bereits die im Endzustand geforderte Enddicke von weniger als 0,2 mm (das Ziel ist sogar weniger als 0,1 mm) haben, wäre die Ferti- gung dieser großen Siliziumscheiben bei den vielen notwen- digen Prozeßschritten auf Grund der zu geringen mechani- schen Stabilität nahezu unmöglich.

Diese derzeitig notwendige mechanische Dünnung der Wafer verlangt natürlich einen zuverlässigen Oberflächenschutz der hochempfindlichen aktiven Oberfläche, zum Beispiel durch Schutzbelackung, welche nachträglich wieder sorgfäl- tig entfernt werden muß. Gleichzeitig entstehen durch den Schleifprozeß Mikrokratzspuren, welche wie bei angeritztem Glas, die Bruchgefahr an diesen Stellen stark erhöhen.

Aus diesem Grund ist es notwendig, daß die Scheibe nach der mechanischen Dünnung zur Zeit naßchemisch nachgeätzt wird, um die Schleifspuren abzurunden und die Bruchgefahr zu verringern. Diese nachfolgende Ätzung ist zusätzlich aus dem Grund notwendig, da die mechanisch bearbeitete Scheibenrückseite in der Kristallstruktur derartig gestört

ist, daß die dadurch auftretenden mechanischen Spannungen die Scheibe verbiegen. Erst nachdem die Kristallstörungen durch die notwendige Ätzung entfernt wurden, ist eine Wei- terverarbeitung möglich.

Es ist ohne weiteres einsichtig, daß dieses vorbekannte Verfahren umständlich, zeitraubend und vor allem den Fer- tigungsprozeß durch die mechanisch schleifende Bearbeitung und die notwendige nasschemische Nachbearbeitung des Wafers extrem störend ist, und daß ein großer Bedarf an einem Verfahren besteht, das ohne mechanisch schleifende und nasse Bearbeitungsschritte auskommt und schnell und zuverläßig Material abtragt.

Gemäß der Offenbarung der einleitend genannten Druck- schriften wird an passender Stelle in einem Hohlleiter Mikrowellenenergie in Form einer stehenden Welle kon- zentriert. An dieser Stelle hoher Konzentration wird ein Rohr in Richtung des elektrischen Feldes der Mikrowelle durch den Hohlleiter geführt. Im Rohrabschnitt, der im Inneren des Hohlleiters liegt, wird die Mikrowellenenergie in Form einer Plasmaentladung umgesetzt, wodurch Ionen und aus diesen ungeladene Neutralteilchen entstehen. Geladene Teilchen (Ionen) werden durch die Feldverteilung im Plas- maraum festgehalten, die Neutralteilchen (Radikale) werden durch ihre Eigenbewegung und die Gasströmung aus dem Plas- maraum gebracht und stehen für Reaktionen in einem weiten Druckbereich zwischen 5.102 Pa bis 5.10 2 Pa zur Verfü- gung.

Das Plasmaentladungsrohr, dessen Durchmesser einem Viertel der Wellenlänge der stehenden Welle entspricht, wird im Hohlleiter so positioniert, daß die stehende Welle ein erstes Spannungsmaximum an einer ersten Seite des Rohres ausbildet, und daß die auch reflektiert zugeführte ste- hende Welle ein zweites, gegenphasiges Spannungsmaximum an einer zweiten Seite des Rohres, die der ersten Seite

gegenüberliegt und einem Endabschluß des Hohlleitersystems zugewandt ist, ausbildet.

Dieses vorbekannte Verfahren, das auf die Generierung neu- traler Teilchen ausgerichtet ist, ermöglicht im Falle des Plasmaätzens Ätzraten bis ca. lym/min von Silizium bei Verwendung von SF6 als Ätzgas.

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich- tung anzugeben, mit dem wesentlich höhere Ätzraten erreicht werden können.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, beim eingangs defi- nierten Verfahren einen Stableiter an passender Stelle im Hohlleiter in Richtung des elektrischen Feldes der Mikro- wellen durch den Hohlleiter verlaufend so anzuordnen, daß ein Teil seiner Länge außerhalb des Hohlleiters in der Reaktionskammer liegt, wobei zumindest der außerhalb des Hohlleiters liegende Bereich des Stableiters durch eine Umhüllung aus dielektrischem Material abgedeckt ist.

Es wird so eine hocheffiziente Quelle für angeregte Teil- chen (sowohl Ionen als auch Radikale) und UV-Strahlung in Form eines koaxialen Plasma-Generators, im folgenden kurz KPG genannt, geschaffen. Der KPG hat die Form einer virtu- ellen Koaxialleitung für Mikrowellen, deren Innenleiter der metallische Stableiter ist, während ihr Außenleiter durch den die dielektrische Umhüllung umgebenden Plasma- mantel gebildet wird. Im Außenleiter findet auch die Umsetzung der eingespeisten Energie in Anregung (Dissoziation und Ionisation) der Gasmoleküle statt.

Im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Koaxialkabel, bei dem Außenleiter und Innenleiter aus möglichst verlustarmen Material gebildet sind, ist im Falle des KPG die Umsetzung der Energie der elektromagnetischen Wanderwelle im Außen- leiter ein erwünschter Effekt und dient der Plasmaerzeu-

gung. Die dabei entstehenden angeregten Teilchen und die gleichzeitig entstehende UV-Strahlung werden für Plasma- prozesse wie zum Beispiel zum Ätzen von Halbleitern genutzt.

Die erfindungsgemäß geschaffene virtuelle Koaxialleitung stellt dem Prinzip nach eine koaxiale Wanderwellenleitung mit reflexionsfreiem Abschlußwiderstand dar. Dieser Abschlußwiderstand wird vom Plasmamantel des virtuellen Koaxialleiters selbst gebildet und entspricht einem breit- bandigen Abschluß, einem sogenannten Wellensumpf.

Es besteht somit, salopp gesprochen, die Erfindung darin, die Plasmaerzeugung direkt in die Reaktionskammer zu ver- lagern und zur Plasmaerzeugung einen mit einem Dielektri- kum umhüllten Stableiter zu verwenden. Durch diese Kombi- nation wird es möglich, die Saugspannung zwischen dem Tar- get und der sich im Betrieb um den Koaxialleiter ausbil- denden Plasmahülle anzulegen, wodurch das Ätzen nicht nur durch Radikale sondern auch durch aus dem Plasmamantel austretende Ionen erfolgt und die Ätzrate um mehr als eine Größenordnung gegenüber der vorbekannter Verfahren gestei- gert werden kann und Werte von 30 Hm bis 50 Hm/min Ätzrate bei Silizium und Verwendung von SF6 als Ätzgas erreichbar sind. Die bei der Plasmaerzeugung entstehende UV-Strahlung bringt eine weitere Erhöhung der Ätzrate mit sich.

Die Lage des Stableiters kann die gleiche sein, die bei der vorbekannten Vorrichtung das Rohr einnimmt. Der Stab- leiter wird so angekoppelt, daß es zu einer Koaxialaus- kopplung aus dem Hohlleiter kommt, wobei der Stableiter die Seele des Koaxialkabels darstellt. Solch eine Koaxi- alauskopplung kann beispielsweise durch eine Auskopplungs- schleife, durch ein Auskopplungs-T-Stück, oder durch einen Wegtransformator in Form eines Konus erfolgen. All dies dient der Impedanzwandlung, um durch Auskopplung vom

symmetrischen Rechteckhohlleiter die Mikrowellenenergie in das unsymmetrische Koaxialleitersystem zu überzuführen.

Das Material, aus dem der Stableiter und sein Fuß beste- hen, ist metallisch, beispielsweise Kupfer oder Messing.

Die Umhüllung besteht aus dielektrischem Material, beispielsweise Aluminiumoxid, Keramik oder Glas.

Die Länge des Stableiters in der Reaktionskammer ist im wesentlichen von der gleichen Dimension wie die Länge des zu bearbeitenden Targets in Richtung des Stableiters, um zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung des Targets in Rich- tung des Stableiters zu kommen. Um auch in der Richtung normal dazu eine gleichmäßige Beaufschlagung zu erzielen, können mehrere Stableiter parallel zueinander in einer Ebene, die parallel zur Targetebene liegt, angeordnet wer- den, oder das Target wird in seiner Ebene und normal zur Richtung des Stableiters hin-und her-bewegt.

Bei Verwendung mehrer Stableiter ist es wichtig, daß der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Stableitern nicht kleiner ist als Lamda/4, wobei Lamda die Wellenlänge der vom Magnetron erzeugten elektromagnetischen Welle in der Reaktionskammer ist. Üblicherweise liegen die Frequen- zen der verwendeten Magnetrons bei 2,45 GHz, was eine Wel- lenlänge von 12 cm bedeutet. Als Mindestabstand zwischen den Rändern zweier unmittelbar benachbarter Stableiter sind daher 3 cm vorzusehen.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt, die Fig. 2 eine Anordnung dreier Vorrichtungen gemäß Fig. 1 in Draufsicht und die Fig. 3 ein schematischer Schnitt der Anordnung der Fig. 2 normal zur Achse der Stableiter.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine erfindungsge- mäße Vorrichtung ein Magnetron 1 auf, dessen Auskoppel- stift 10 in einen Hohlleiter 6 ragt.

Die Länge des Hohlleiters 6 kann durch einen Schieber 4 geändert werden, was seine Abstimmung erlaubt. Die Ände- rung der Lage des Schiebers 4 erfolgt mittels eines Stell- mechanismus 5 auf bekannte Art und Weise. Im Hohlleiter 6 ist ein Stableiter 7 mit seiner Achse in Richtung des elektrischen Feldes der Mikrowelle verlaufend, eingebaut.

Der Stableiter 7 ist an dem Ende, das im Hohlleiter 6 liegt, mit einer Auskoppeleinrichtung 3 versehen, die als Impedanzwandler arbeitet und der Ankopplung des Stablei- ters 7 an den Hohlleiter 6 dient. Es ist weiters ein Kühl- mitteleinlaß 2 zur Zuführung eines bevorzugt gasförmigen Kühlmittels ins hohle Innere des Stableiters 7 vorgesehen.

Das Kühlmittel strömt durch den rohrförmig ausgebildeten Stableiter 7, tritt an seinem Ende aus und strömt im Ringspalt zwischen dem Außenmantel des Stableiters 7 und dem Innenmantel der dielektrischen Umhüllung 8 zurück in den Hohlleiter.

Das andere Ende des Stableiters 7 ragt in die Reaktions- kammer 11 und ist, gegenüber dem Äußeren des Hohlleiters 6, mit einer aus dielektrischem Material bestehenden Umhüllung 8 abgedichtet.

Um diese Umhüllung 8 herum bildet sich ein Plasmamantel 12 aus, dessen angeregte Teilchen und UV-Strahlung zur weite- ren Verwendung, beispielsweise zum Ätzen, zur Verfügung stehen.

Es ist auch möglich, die dielektrische Umhüllung 8 gas- durchläßig auszubilden und die Gaszufuhr in die Reaktions- kammer 11 über den Ringspalt zwischen dem Stableiter und seiner Umhüllung zu bewirken. Dabei kann es sich bei dem

in die Reaktionskammer gelangenden Gasstrom auch um einen Teilstrom des zugeführten Kühlgases handeln.

In Fig. 2 ist eine derartige Anordnung schematisch in Draufsicht dargestellt, wobei drei Stableiter 7, jeder mit seinem Hohlleiter 6 und Magnetron 1, vorgesehen sind. Die Wände der Reaktionskammer 11 sind nicht dargestellt. Um das kreisförmige Target 14 besonders homogen über seine Oberfläche behandeln zu können, sind drei Stableiter 7 parallel zueinander angeordnet. Aus Platzgründen ist dabei eine Kopf-an-Fuß-Orientierung gewählt, doch ist dies nicht zwingend notwendig.

Es ist auch möglich, einem Hohlleiter mehrere Stableiter zuzuordnen, wenn ein genügend starkes Magnetron zur Verfü- gung steht. Die Abstimmung des Hohlleiters ist dann zwar nicht mehr so einfach, aber durchaus bewerkstelligbar, besonders wenn die Stableiter einen nicht zu kleinen Abstand voneinander aufweisen.

In Fig. 3 ist, wiederum ohne die Wände der Reaktionskammer 11 darzustellen, ein schematischer Schnitt normal zu den Achsen der Stableiter 7 gezeigt. Zwischen dem Target 14 auf seinem Halter 15 und der Erde wird mittels eines HF- Generators 13 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt.

Da sowohl die Wände der Reaktionskammer 11 als auch jeder Stableiter 7 geerdet sind, kommt es zur Spannungsausbil- dung zwischen dem Plasma 12 und dem Target 14, die Wech- selspannung, der gegebenenfalls eine Gleichspannung über- lagert werden kann, wirkt als Saugspannung und beschleu- nigt die im Plasmamantel 12 entstandenen Ionen in Richtung Target und erhöht damit die Ätzrate.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschrie- bene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann verschie- dentlich variiert und abgeändert werden. So ist es nicht unter allen Umständen notwendig, eine Kühlung für den

Stableiter 7 vorzusehen, es können mehr oder weniger als drei Stableiter vorgesehen werden, und es kann keine Saug- spannung, eine reine Wechselspannung, eine reine Gleich- spannung oder, wie bereits erwähnt eine Kombination von Wechsel-und Gleichspannung angelegt werden. Es ist auch möglich, den Stableiter (samt Umhüllung) nicht geradlinig sondern in Mäander-oder Spiralform auszubilden. Das Mate- rial des Stableiters und der Umhüllung kann in Bezug auf ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sein. Es muß im Hohlleiter, da ja keine Plasma- kammer in ihm vorgesehen ist, auch keine stehende Welle ausgebildet werden sondern eine Wanderwelle, wenn nur die Auskoppeleinrichtung an die gewählten Verhältnisse ange- paßt ist, was einem Fachmann auf dem Gebiet der Mikro- wellentechnik in Kenntnis der Erfindung leicht möglich ist.

Übliche Parameter für den Betrieb der Vorrichtung sind : Druck im Reaktionsraum : zwischen 10 Pa bis 250 Pa ; als Ätzgas können flourhältige, wie NF3, CF4, SF6, als sauer- stoffhältige 02, N20 Gase verwendet werden. Die Abmessun- gen des Stableiters sind typischerweise ca 6 mm Außen- durchmesser, die dielektrische Umhüllung weist dabei ca. 15 mm Außendurchmesser auf. Der Hohlleiter hat bei- spielsweise Abmessungen von 45 mm x 90 mm x 200 mm und ist beispielsweise vom Typ R26, als Magnetron kann beispiels- weise die Type 2M240 oder 2M172A von Toshiba verwendet werden. Wenn mehrere Stableiter angeordnet sind, so kann vorgesehen sein, daß unmittelbar benachbarte Stableiter unterschiedliche Phasenlage aufweisen.

Es ist selbverständlich für den Fachmann auf dem Gebiet des Plasmaätzens in Kenntnis der Erfindung möglich, die Offenbarung der Beschreibung auf seine Bedürfnisse und auf bereits bestehende Vorrichtungen zu adaptieren, ohne damit den Bereich der Erfindung zu verlassen.