Stand der Technik [2] Induktiv gekoppelte Plasmen zeichnen sich vor allem durch hohe erreichbare Ionendichten bei niedrigem Plasmapo- tential und z. B. gegenüber ECR-Plasmen niedrigeren wirt- schaftlichen und technischen Aufwand aus. Außerdem können induktiv gekoppelte Plasmen vorteilhaft in einem Druc- kbereich von ca. 0, 1 Pa bis etwa 10 Pa eingesetzt werden.

Diese Eigenschaften erlauben die in modernen Halbleiterein- richtungen für die Bearbeitung kleiner Strukturabmessungen erforderliche unabhängige Steuerung von Ionendichte und Ionenenergie.

[31 Auf Grund der hohen möglichen Plasmadichten eignen sich induktiv gekoppelten Plasmen auch besonders für Hoch- rateprozesse sowie die Plasmabehandlung großer Flächen.

[4] Nach dem Stand der Technik sind großflächige Anord- nungen von Koppelspulen bekannt, die meist nur ungenügend die Bereitstellung und Verteilung hoher HF-Ströme, sowie die homogene Ausbildung von sich zeitlich veränderlicher magnetischer Flüsse gewährleisten. Die geometrische Aus- bildung sich zeitlich veränderlicher Magnetfelder zur Leistungseinkopplung in das Plasma ist nur über die geome- trische Form der Erregerspulen selbst möglich.

[5] Die DE 698 12 830 T2 (EP 908 923 B1) beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ausgedehnten Induktions- plasmas zur Plasmabehandlung von Substraten. Eine Plasma- bearbeitungsvorrichtung weist eine Bearbeitungskammer mit mindestens einer Öffnung zum Aufnehmen von Feldenergie durch induktives Koppeln und mindestens eine Feldenergie- quelle zum Induzieren der Feldenergie durch die Öffnung auf. Die induktive Feldenergiequelle weist eine Induktor- einrichtung auf, die einem Magnetkern zugeordnet ist, der einen Abschluss und eine Gasdichtung für die Öffnung bil- det. Die Kombination aus Magnetkern mit dem Induktor dient zum Erhöhen und Homogenisieren des von dem Induktor er- zeugten magnetischen Feldes.

[6] Durch eine Formgebung der magnetischen Polschuhanord- nungen kann auch die Plasmaausbildung beeinflusst werden.

Mit der Verwendung von magnetischen Polschuhanordnungen wird der Großteil des Magnetfeldes im magnetischen Kern gesammelt, wodurch ein verstärktes zeitlich variierendes Magnetfeld zur Kopplung in das Plasmagebiet zur Verfügung steht. Auch hier ist der technische Aufwand für die groß- flächige, homogene Plasmaerzeugung jedoch sehr hoch.

Darstellung der Erfindung [7] Der Erfindung liegt damit als Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas der eingangs ge- nannten Art mit wesentlich geringerem wirtschaftlichen und technischen Aufwand anzugeben. Insbesondere soll die Erfin- dung die Schaffung von Plasmaquellen zur Erzeugung groß- flächiger und/oder großvolumiger Plasmen ermöglichen.

[8] Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

[9] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher darge- stellt.

[10] Die erfindungsgemäße Plasmaquelle zur Erzeugung eines induktiv gekoppelten Plasmas weist mindestens eine Erreger- spule zur Erzeugung eines veränderlichen magnetischen Flusses mit einer magnetischen Polschuhanordnung auf, bei der die Erregerspule in Nuten eines Erregerkernes angeord- net ist. Das induktiv gekoppelte Plasma wird vor der magne- tischen Polschuhanordnung und innerhalb einer Vakuumkammer erzeugt. An der Plasmaquelle ist mindestens eine Multi- polmagnetanordnung vorhanden, die derart angeordnet ist, dass sich ihr Magnetfeld mit dem induktiv gekoppelten Plasma überlagert.

[11] Vielfach kann die magnetische Polschuhanordnung ein- schließlich der Multipolmagnetanordnung innerhalb der Vakuumkammer angeordnet werden. Es ist aber auch möglich, die magnetische Polschuhanordnung außerhalb der Vakuumkam-

mer anzuordnen, wobei der veränderliche magnetische Fluss durch ein dielektrisches Fenster hindurch wirkt und in der Vakuumkammer ein induktiv gekoppeltes Plasma ausgebildet wird. Dabei kann die Multipolmagnetanordnung vor oder hinter dem dielektrischen Fenster positioniert sein.

[12]'In vorteilhaften Weiterbildungen kann vor der magne- tischen Polschuhanordnung ein geschlitztes, nicht magneti- sches, elektrisch leitfähiges Blech vorhanden sein, das auf Massepotenzial gelegt sein kann. Damit kann die kapazitive Kopplung der Erregerspule in das Plasma verringert werden und das Plasmarandschichtpotenzial und damit das Wand- sputtern mit hochenergetischen Teilchen wird verringert.

[13] Die magnetische Polschuhanordnung kann zur Ausbildung spezifischer Plasmen linienartig, kreisförmig oder in anderer Weise geometrisch geformt ausgebildet sein und zur Minderung elektrischer Verluste kann die magnetische Pol- schuhanordnung segmentiert aufgebaut sein.

[14] Vorteilhaft ist es, die Erregerspule innerhalb der magnetischen Polschuhanordnung in einer gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Keramik einzubetten. Damit ist eine gute elektrische Isolation gegenüber der Polschuh- anordnung und eine effektive Kühlung im Bereich der Pol- schuhe möglich.

[15] Entsprechend der Aufgabe der Erfindung können ent- sprechend dem konkreten technologischen Erfordernis mehrere einzelne Plasmaquellen als großflächige Plasmaquelle an- geordnet werden. Mindestens zwei Plasmaquellen können jeweils an der Wand der Vakuumkammer derart angeordnet werden, dass sich die Magnetlinien der zugehörigen Multi- polmagnetanordnungen als gemeinsame geschlossene Magnetli- nien ausbilden.

[16] Die Erregerspulen der einzelnen Plasmaquellen können mit einzelnen Leistungsversorgern oder über Leistung- splitter mit einem gemeinsamen Leistungsversorger verbunden sein und die Erregerspulen können mit gleich oder mit unterschiedlich hohen Wechselströmen und/oder phasenglei- chen oder zueinander phasenversetzten Wechselströmen be- trieben werden.

[17] Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[18] Die Zeichnung zeigt in den Figuren 1, 2,3 und 4 verschiedene Anordnungen der erfindungsgemäßen magnetischen Polschuhanordnung einschließlich der Multipolmagnetanord- nungen zur Erzeugung von linearen induktiv gekoppelten Plasmen. Figur 5 zeigt eine Plasmaquelle mit zwei Einzel- anordnungen an einer zylindrischen oder auch rechteckförmi- gen Vakuumkammer. Die Figuren 6a und 6b zeigen konstruktive Ausgestaltungen einer Plasmaquelle ähnlich der Ausführung nach Figur 4.

Ausführungsbeispiel 1 [19] Die erfindungsgemäße Plasmaquelle nach Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine lineare Anordnung an einem dielek- trischen Fenster 3, die zur Vakuumtrennung in der Wand 100 einer Vakuumkammer eingelassen ist. Auf der Atmosphärensei- te befindet sich eine magnetische Polschuhanordnung 2 mit Polschuhen 61,62 und 63, in der mindestens eine Erreger- spule 1 integriert ist. Die Erregerspule 1 ist in zwei nebeneinanderliegenden rechteckförmigen Nuten 6 und 7 mit elektrischen Isolierkörpern 4 und 5 angeordnet. Die Er- regerspule 1 ist als Flachspule mit einer oder auch mehre- ren Windungen ausgebildet. Beidseitig entlang der magnet-

schen Polschuhanordnung 2 befinden sich die Multipolmagnetanordnungen 8 und 9, die über einen magneti- schen Rückschluss 10 miteinander verbunden sind.

[20] Wird die Erregerspule 1 von einem Wechselstrom mit geeigneter Frequenz durchflossen, kommt es, um jeden Leiter der Erregerspule 1 herum, zur Ausbildung eines zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses. Vor der magnetischen Polschuhanordnung 2 wird ein Halbraum des magnetischen Flusses der Erregerspule aufgenommen und verdichtet. Im Bereich der Polschuhe 61,62 und 63 treten verdichtete Magnetflusslinien aus und durchdringen das dielektrische Fenster 3. Unter der Voraussetzung das sich vor dem dielek- trischen Fenster 3 in der Vakuumkammer ein zündfähiges Gas im Niederdruckbereich befindet, kommt es zur Zündung einer induktiv gekoppelten Gasentladung und Ausbildung eines Plasmas.

[21] Zwischen den magnetischen Polen der Multipolmagnet- anordnungen 8 und 9 ist zusätzlich ein weitreichendes statisches oder auch zeitlich veränderliches Magnetfeld ausgebildet, wodurch eine sogenannte magnetische Flasche gebildet wird. Dieses Magnetfeld überlagert das induktiv gekoppelte Plasma und führt zu einer Verdichtung und Ein- grenzung des Plasmas im Bereich der Plasmaerzeugung.

Ausführungsbeispiel II [22] Figur 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie Figur 1, nur das die Plasmaquelle direkt in der Vakuumkammer einge- baut ist. Mit dieser Plasmaquelle können auch höhere Mag- netflüsse im Nahbereich der magnetischen Polschuhanordnung 2 zur induktiven Einkopplung von HF-Leistung in das Plasma genutzt werden. Zum Schutz vor Verschmutzung und reaktiven

Teilchen ist die Plasmaquelle in ein Schutzgehäuse 11 eingebaut und das dielektrische Fenster 3 dient nicht mehr als Vakuumdichtung, sondern nur noch als Schutzplatte, wodurch die Dicke des Fensters 3 deutlich geringer sein kann.

Ausführungsbeispiel III [23] In den Figuren 3 und 4 sind weitere Varianten von Plasmaquellen dargestellt. Bei diesen Vorrichtungen befin- den sich die Multipolmagnetanordnungen 17,18, 22 und 23 in axial verschobener Position auf der Seite des dielektri- schen Fensters 3, auf der auch das induktiv gekoppelte Plasma erzeugt wird.

[24] Figur 3 zeigt dabei eine Variante bei der sich die Erregerspule 1 mit der magnetischen Polschuhanordnung 2 auf der Atmosphärenseite des dielektrischen Fensters 3 befin- den. Die Gehäusebaugruppen 15 und 16 dienen auch hier zum Schutz vor Verschmutzung und reaktiven Teilchen und er- möglichen die Kühlung der magnetischen Polschuhe.

Ausführungsbeispiel IV [25] Figur 4 stellt eine Vorrichtung dar, die mittels eines Flansches 20 in der Vakuumkammer eingebaut ist. Die Gehäusebaugruppe 21 dient ebenfalls zum Schutz vor Ver- schmutzung und reaktiven Teilchen sowie ermöglicht die Kühlung der magnetischen Polschuhanordnung 2.

[26] Durch die besondere Lage der Multipolmagnetanordnun- gen 17,18, 22 und 23 entsprechend Figur 3 und 4 in der Nähe der Plasmaerzeugung wird ein starker Einfluss auf die Formung des erzeugten Plasmas erreicht. Werden z. B. die

gegenüberstehenden Multipolmagnetanordnungen 17,18, 22 und 23 mit entgegengesetzter Polung aufgebaut, kommt es zum Einschluss und Konzentration des Plasmas im Zwischenbereich der Multipolmagnetanordnungen 17,18, 22 und 23.

[27] Sind die Multipolmagnetanordnungen 17, 18, 22 und 23 mit gleicher Polung aufgebaut, bildet sich ein starkes magnetisches Streufeld in Richtung des dielektrischen Fensters 3 aus. Dadurch kommt es zu einer verstärkten Ausdehnung des Plasmas besonders in Richtung eines Sub- strates im Inneren der Vakuumkammer.

[28] Mit allen erfindungsgemäßen Plasmaquellen ist auch der Aufbau von Prozessanordnungen für Remote-Plasmaverfah- ren als auch für Direkt-Plasmaverfahren vorteilhaft mög- lich.

Ausführungsbeispiel V [29] In Figur 5 sind zwei einzelne gegenüber liegende Plasmaquellen an einer zylindrischen oder auch rechteckför- migen Vakuumkammer 28 dargestellt. Damit ist in besonderer Weise eine großräumige Plasmaerzeugung möglich. Die Multi- polmagnetanordnungen 24,25, 26 und 27 sind quasi zu einer Helmholtz-Magnetanordnung ausgerichtet und die Magnet- feldlinien 29 reichen von einer Einzelanordnung zur gegen- über liegenden. Im Mittenbereich der Vakuumkammer kommt es zu einer großräumigen Plasmaverteilung. Dabei werden für die Multipolmagnetanordnungen 24,25, 26 und 27 bevorzugt Elektromagnetspulen eingesetzt, wobei die Multipolmagnet- anordnungen 24 und 25 und die Multipolmagnetanordnungen 26 und 27 je eine Magnetspule bilden.

Ausführungsbeispiel VI [30] Die Figuren 6a und 6b zeigen eine konstruktive Ausge- staltung einer Einbau-Plasmaquelle ähnlich der nach Figur 4. Diese Plasmaquelle kann in eine Vakuumkammer eingebaut werden, wobei die HF-Leistungsversorgung, die Gasversor- gung, das Kühlwasser usw. über entsprechende Vakuumdurch- führungen von außen zur Plasmaquelle geführt werden. Die entsprechenden Verbindungselemente zur Versorgung der Plasmaquelle sind in den Figuren 6a und 6b zu besseren Übersichtlichkeit-nicht dargestellt.

[31] Figur 6a zeigt einen Schnitt senkrecht zur linearen Ausdehnung und Figur 6b eine isometrische Darstellung. Die Gesamtlänge der Vorrichtung beträgt beispielsweise 400 mm, wobei die magnetische Polschuhanordnung 2 eine Länge von 250 mm besitzt. Damit erfolgt auch die Plasmaerzeugung über eine Länge von ca. 250 mm. Die magnetische Polschuhanord- nung 2 besteht aus einer Anzahl einzelner Ferritplatten mit gleicher Abmessung von 70 mm x 35 mm x 20 mm. Dadurch werden die Wirbelstromverluste in der magnetischen Pol- schuhanordnung 2 reduziert. Entlang der linearen Ausdehnung der magnetischen Polschuhanordnung 2 sind zwei parallele Nute 6 und 7 mit rechteckförmigen Querschnitt eingearbei- tet. Die Querschnittsabmessungen sind 20 mm Breite mal 12 mm Tiefe. Der Abstand der Nute 6 und 7 zueinander be- trägt 30 mm. In die Nute 6 und 7 sind zwei elektrische Isolierkörper 4 und 5 eingebracht, die wiederum je zwei parallele Nute zur Aufnahme der Erregerspule 1 enthalten.

Durch die Nute 6 und 7 werden drei Polschuhe 61,62 und 63 in linearer Ausrichtung ausgebildet.

[32] Die Erregerspule 1 besteht aus Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einen Innendurchmesser von 4

mm und es sind zwei Windungen rechteckförmig in die Iso- lierkörper 4 und 5 eingelegt. Durch die Verwendung von Kupferrohr konnte die Erregerspule 1 mit Wasser gekühlt werden.

[33] Die Polschuhanordnung 2 ist, ausgenommen der Seite der Polschuhe 61,62 und 63 von einem Gehäuse 30 umgeben.

Im oberen Bereich des Gehäuses 30 sind Bohrungen 31 für eine Wasserkühlung vorgesehen, wodurch die entstehende Wärme von der magnetischen Polschuhanordnung 2 abgeführt werden kann.

[34] Im Bereich der Polschuhe 61,62 und 63 sind Befesti- gungen für ein dielektrisches Fenster 3, die unmittelbar die Polschuhe 61,62 und 63 abschließt, vorhanden. Links und rechts des Gehäuses 30 sind Multipolmagnetanordnungen 36 und 37 in Aufnahmen 38 und 39 gehaltert. Das Gehäuse 30 und die Magnetaufnahmen 38 und 39 umschließen gemeinsam den Plasmaraum.

[35] Im Ausführungsbeispiel sind die Multipolmagnetanord- nungen 36 und 37 mit Permanentmagneten ausgeführt. Die Magnetpole der Multipolmagnetanordnungen 38 und 39 sind dabei so ausgerichtet, das sich die Magnetpole der linken und der rechten Multipolmagnetanordnung 38 und 39 abstoßen.

Dadurch bildet sich im Zwischenraum ein starkes magneti- sches Streufeld aus, das weit in Richtung eines Substrates ausgedehnt ist.

[36] Nahe dem dielektrischen Fenster 3 sind links und rechts im Gehäuse 30 Tieflochbohrungen 32 und 33 mit ra- dialen Bohrungen in Richtung des Plasmaraumes eingebracht und erlauben die Gasversorgung direkt in das Plasma hinein.

Weitere radiale Bohrungen zur Gasversorgung befinde sich

entlang der Tieflochbohrungen 34 und 35 und erlauben damit das Einlassen von Gas an der Plasmaaustrittsöffnung 40.

Damit ist ein flexibles Gasduschensystem zur Prozessführung vorhanden.

[37] Zugehörig ist noch eine automatische Matchbox vorhan- den, die zur HF-Leistungsanpassung zwischen HF-Generator und der Plasmaquelle dient. Beispielsweise wurde ein HF- Generator mit einer Frequenz von 13,56 MHz und einer maxi- malen HF-Leistung von etwa 3000 W eingesetzt.

[38] Mit dieser Vorrichtung konnte in der Vakuumkammer, in der Argon in einem Druckbereich von ca. lx10-4 mbar bis etwa 1 mbar vorhanden war, ein induktiv gekoppeltes Plasma gezündet und stabil aufrechterhalten werden. Bei einem Gasdruck von 5x10-3 mbar wurden ca. 500 W HF-Leistung ein- gespeist. Mit einer Langmuirsonde konnten dabei in einem Abstand von 100 mm zum dielektrischen Fenster eine Plasma- dichte von ca. 1011cm3 mit einer Homogenität in linearer Ausrichtung von 5% erhalten werden.

[39] Die geringen Abmessungen in senkrechter Richtung gegenüber der vergleichsweise großen linearen Ausdehnung der Plasmaquelle kann die Multipolmagnetanordnung 38 und 39 relativ einfach optimiert werden. Bei kontrollierter Bewe- gung von Substraten in einem definierten Abstand vor der Plasmaanordnung können auch große. Substratflächen einer wirksamen Plasmabearbeitung ausgesetzt werden.

[40] Die lineare Länge der Einzelanordnungen wird durch elektrische Verluste in der Erregerspule und durch die pro Länge zunehmende Induktivität der Erregerspule 1 grundsätz- lich begrenzt. Mit bekannten Maßnahmen wie das Anzapfen der Erregerspule und das gesonderte Einspeisen von HF-Leistung

an den Anzapfungen können diese Probleme jedoch weitgehend kompensiert werden. Zur Verringerung von Wirbelstromverlus- ten in der magnetischen Polschuhanordnung kann diese bevor- zugt aus mehreren einzelnen Platten mit gleichem Quer- schnitt aufgebaut werden.

[41] Auch die Kombination von zwei oder mehreren linearen Einzelanordnungen führt zu vorteilhaften neuen Möglich- keiten der Erzeugung großflächiger als auch großräumiger Plasmen.

[42] Zur Erreichung hoher Bearbeitungsgeschwindigkeiten können z. B. mehrere Einzelanordnungen als Zeilen-und Spaltenraster aneinander gereiht werden. Ein Zeilenversatz in der Rasteranordnung ermöglicht dabei das Auffüllen des Bereiches zwischen den Rasterlücken mit Plasma, wodurch bei bewegten Substraten eine homogene Oberflächenbearbeitung möglich ist. Obwohl die Kombination mehrerer Einzelanord- nungen bevorzugt für bewegte Substrate eingesetzt wird, kann auch eine flächenhafte Anordnung zur Plasmaerzeugung erreicht werden, die sich prinzipiell auch für eine stati- sche homogene Oberflächenbearbeitung eignet. Hierbei können Kombinationen von Einzelanordnungen aufgebaut werden, die von der linearen oder rechteckigen Anordnung abweichen.

Sind z. B. mehrere Einzelanordnungen radial entlang von Kreisbögen angeordnet, so können auch kreisförmige Sub- strate homogen bearbeitet werden.

[43] Bei einer Mehrfachanordnung werden die einzelnen Erregerspulen der Einzelanordnungen entweder separat mit HF-Leistungsversorgungen betrieben oder über HF-Leistungs- teiler aus gemeinsamen HF-Leistungssystemen versorgt. Die einzelnen Erregerspulen können dabei mit gleichen HF-Lei- stungen oder mit unterschiedlichen HF-Leistungen gespeist werden. Dabei können die HF-Leistungen zueinander phasen- synchron oder phasenversetzt sein.