Brevet FR2557824A1 — publié le 19850712

La présente invention se rapporte à la gravure par ions réactifs et plus précisément à un dispositif destiné à empêcher les décharges de plasma de se propager dans le circuit d'alimen- tation en gaz de l'appareil de gravure. Dans la fabrication de circuits semi-conducteurs in- tégrés, on utilise de plus en plus la gravure par ions réactifs pour graver les plaquettes semi-conductrices, de façon à y for- mer la dispositiondésirée des composants du circuit. Comme la matière gravée a typiquement la forme d'une plaquette semi- conductrice mince et plane, il est opportun d'amorcer le plasma au moyen d'uneélectrode qui est adjacente à cette pla- quette et par laquelle legaz est introduit, par exemple par une série d'ouvertures percées dans cette électrode à la manière de celles d'une tête d'arrosage. Pour amorcer le plasma, un si- gnal à radiofréquence (RF) sous forte tension est appliqué à l'électrode. Etant donné que les puissances utilisées pour la gravure ont augmenté, il s'est manifesté l'inconvénient que la décharge du plasma tend à se propager dans le circuit d'alimen- tation en gaz. Ce circuit, qui comprend le régulateur de pres- sion usuel, est de préférence relié à la masse ou à la terre et il y existe dornc des gradients de potentiel qui tendent à pro- voquer des décharges de plasma au moment même o celles-ci sont créées dans la chambre de gravure elle-même. Cette pro- pagation des décharges du plasma n'est pas souhaitable, non seulement pour la raison qu'elle gaspille de l'énergie à radiofréquence, mais encore parce que les décharges peuvent éroder et endommager des éléments du dispositif d'alimentation et introduire des polluants dans la chambre de traitement. Comme on le sait, la fabrication des circuits intégrés exige 3U une pureté exceptionnelle et l'absence de tout polluant. Parmi les divers objets de la présente invention, on peut noter qu'elle concerne un dispositif original destiné à alimenter en gaz un appareil de gravure par ions réactifs, dispositif dans lequel, notamment, la propagation des décharges du pnlasma dans le circuit d'alimentation en gaz est supprimée, ce dispositif permettant au gaz de passer pratiquement sans obstacle dans la chambre de réaction; permettant de régler la pression du gaz au moyen d'un appa- reil extérieur à cette chambre de réaction;-réduisant à leur minimum les dégradations et la pollution dues à des - décharges du plasma à l'extérieur de ladite chambre et étant très fiable, et simple et peu coûteux à fabriquer. D'autres avantages et caractéristiques seront en partie évidents et en partie précisés au cours de la description ci-après. Conformément à la technique de la présente invention, le gradient de potentiel entre l'télectrode d'un appareil de gravure par ions réactifs et le dispositif d'alimentation en gaz ne se manifeste que dans un espace déterminé, qui est rem- pli d'une matière isolante poreuse dont les pores sont trop petits pour entretenir la décharge, c'est-à-dire dont la gros- seur de pores correspond à la trajectoire moyenne des électrons libres du gaz. Le dispositif comporte en particulier un sup- port isolant creux. Une extrémité de ce support porte un bouchon métallique poreux, qui est en contact avec l'électrode, et l'autre extrémité dudit support porte un second bouchon métal- lique poreux par lequel le gaz venant d'un conduit d'arrivée est injecté. L'espace compris entre ces bouchons conducteurs est rempli d'une matière isolante poreuse, dont les pores ont des dimensions trop petites pour entretenir la décharge, ces dimensions correspondent par exemple à la trajectoire moyenne des électrons libres du gaz. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif, sur lequel la figure 1 est une coupe schématique d'un appareil de gravure par ions réactifs comportant un dispositif d'ali- mentation en gaz selon la présente invention: la figure 2 est un plan de l'élément coupe-décharge du plasma, utilisé dans le dispositif d'alimentation en gaz de la figure 1; et la figure 3 est une coupe de cet élément coupe-déchar- ge. Bien entendu, des nombres de référence correspondants désignent des éléments correspondants sur ces figures. Sur la figure 1, un plateau destiné à porter une plaquette semi-conductrice quril s'agit de graver est représen- té schématiquement en 11. Une bague de serrage 15 maintient cette plaquette semi-conductrice 13 sur ce plateau. Le circuit producteur de plasma est avantageusement du genre à radio- fréquence équilibrée, dans lequel le plateau lui-même cons- titue une électrode du circuit de décharge. Dans ce cas, la bague de serrage 15 est avantageusement composée d'une matière isolante. Une seconde électrode 17 est disposée au-dessus de la plaquette, et le gaz de gravure traverse cette électrode en empruntant des trous 21 percés à la façon de ceux d'une tête d'arrosage dans une plaque de diffusion 22. Des poten- tiels déphasés provenant d'une source de radiofréquence et d'un circuit d'équilibrage approprié sont appliqués au plateau 11 et à l'électrode 17. Un écran diffuseur, relié à la masse/ est avantageusement disposé entre ces électrodes déphasées, comme indiqué en 31. Des couronnes isolantes 12 et 14 montent le plateau 11 et l'électrode 17 dans un boîtier désigné dans son ensemble par 16. Les produits de réaction sont évacués par un passage de sortie 18, relié à une source de dépression (flèche V). Le gaz de production du plasma ("gaz"), provenant d'une source appropriée de gaz sous pression, est envoyé par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 33 et d'un conduit métallique 35 à un élément 41 coupe-décharge, monté sur l'électrode 17. Cet élément est représenté de manière plus détaillée sur les figures 2 et 3. Chacune des électrodes 11 et 17 de création du plasma est entourée d'une enveloppe appropriée, 36 ot 38, respectivement, qui est reliée à la masse ou à la terre et qui porte à son extrémité un conducteur coaxial 37 et 39, respectivement, de radiofréquence. Ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, la source de gaz est avantageusement maintenue elle aussi au potentiel de terre ou de masse jusqu'au conduit métallique. Ainsi que le représentent les figures 2 et 3, l'élé- ment coupe-décharge 41 comprend un cylindre creux 43 en une matière isolante appropriée telle qu'un polyéthylène à poids moléculaire élevé. Un bouchon métallique poreux 45, qui est en contact avec l'électrode 17, est disposé à une extrémité de ce cylindre. Un second bouchon métallique poreux 47, iden- tique au premier, est disposé à l'autre extrémité dudit cy- lindre. Un raccord métallique 48, destiné au branchement du conduit 35, est en contact avec ce second bouchon 47 et le retient, en le maintenant au potentiel de la masse. Les bouchons métalliques poreux 45 et 47 sont avantageusement en une mousse d'aluminium du type fourni sous la marque commer- ciale "DUOCEL" par la Société Energy Research and Generation Inc,. d'Oakland, Californie (Etats Unis d'Amérique). Grace à cet agencement, la chute de potention à radiofréquence entre l'électrode 17 (21) et la terre ou masse est limitée à une zone déterminée du dispositif d'alimentation en gaz. Le volume de cette zone, entre les bouchons 45 et 47 est rempli d'une matière isolante poreuse 50 dont les pores sont trop étroits pour entretenir la décharge, c'est-à- dire correspondent approximativement à la longueur moyenne de la trajectoire des électrons libres des gaz utilisés pour graver des plaquettes semi-conductrices par ions réactifs. On a constaté qu'une charge de perles de verre de 1 mm de diamètre constitue une matière isolante très efficace. Ces perles rou- lent et s'écoulent aisément,et peuvent donc combler entière- ment le volume compris entre les bouchons, c'est-à-dire l'es- pace dans lequel la chute de potentiel a lieu. Ces perles forment par ailleurs les interstices opportunément faibles qui empêchent la création et la propagation de la décharge du plasma dans le gaz, même si les gradients de champ électri- que et la pression du gaz sont appropriés pour cette décharge et y contribuent. En même temps, le passage du gaz est rela- tivement peu freiné, si bien qu'il n'y a pas de perte de charge appréciable dans l'élément coupe-décharge. Par conséquent, les conditions de pression dans la chambre de réaction peuvent être déterminées au moyen du régulateur de pression extérieur (R) représenté en 33, même si ce régulateur est au potentiel de la masse. On peut voir par la description ci-dessus que plusieurs buts de l'invention sont atteints et que d'autres résultats avantageux ont été ou peuvent être obtenus. Il va de soi qu'il est possible,sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications au dispositif d'alimentation en gaz d'un appareil de gravure par ions réactifs représenté et décrit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en gaz pour appareil de gravure de plaquettes semi-conductrices au moyen d'ions réactifs d'un plasma gazeux, lequel est amorcé par une élec- trode (17) qui-est adjacente à la plaquette (13) et par la- quelle le gaz est introduit, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend: un conduit (35) d'arrivée de gaz, qui est mis à la masse; un bottier isolant creux (43); à une extrémité de ce boîtier, un (premier) bouchon métallique poreux (45), qui est en contact avec l'électrode (17); à l'autre extrémité de ce bottier, un second bouchon métallique poreux (47) par lequel le gaz venant du conduit d'arrivée (35) est injecté; et une matière isolante poreuse (50), qui remplit l'es- pace séparant les bouchons (45, 47). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier isolant (43) est un cylindre creux, qui est mis à la masse; et en ce que, dans la matière isolante particulaire poreuse (50) les dimensions des pores et des interstices entre particules correspondent à la trajectoire moyennedes électrons libres du gaz. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière isolante particulaire est composée de perles de verre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les perles de verre ont un diamètre d'environ 1 mm. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cylindre isolant (43) est en polyéthylène. 6. Dispositif selon les revendications 1 à 3 prises ensemble caractérisé en ce que le cylindre creux (43) est fabriqué en une résine synthétique isolante. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bouchons métalliques poreux (45, 47) sont en mousse d'aluminium. 255?824 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les perles de verre ont un diamètre d'environ 1 mm.