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JP3128239B2 - クラスタツールのソフトエッチングモジュールおよびそのｅｃｒプラズマ発生装置 - Google Patents

クラスタツールのソフトエッチングモジュールおよびそのｅｃｒプラズマ発生装置

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JP3128239B2
JP3128239B2 JP04504602A JP50460292A JP3128239B2 JP 3128239 B2 JP3128239 B2 JP 3128239B2 JP 04504602 A JP04504602 A JP 04504602A JP 50460292 A JP50460292 A JP 50460292A JP 3128239 B2 JP3128239 B2 JP 3128239B2
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plasma
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magnetic field
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウェーハ処理に係わり、特にウェーハ
を被覆しエッチングするためのプラズマ発生に関する。
更に詳しくは、本発明は電子サイクロトロン共鳴（EC
R）に係わり、またクラスタツールのようなウェーハ処
理機械でソフトエッチングのような真空処理によるウェ
ーハのプラズマ処理に関する。
発明の背景： 半導体ウェーハの製造では、多数の被覆およびエッチ
ング処理が一般にプラズマを使用して真空環境の中で実
施される。各種のプラズマの発生方法は様々なエネルギ
ーレベルのイオンおよび電子の発生をもたらし、効率程
度およびプラズマ処理チャンバーの中の空間的な均一性
の度合いは様々である。
このようなウェーハのスパッター被覆方法において
は、プラズマはスパッタリング材料のターゲットに向け
られて、スパッター処理に供されたターゲット材料の材
料粒子をターゲットから放出させ、ウェーハ基体に溶着
させるようにする。スパッターエッチングにおいては、
プラズマはウェーハ基体に向けられて、イオンがウェー
ハから表面材料を放出させる。エッチング処理では、プ
ラズマは高エネルギーイオンを衝突させて基体から材料
の硬質層部分を選択的に除去するのに使用されるか、ま
たはウェーハ表面に損傷を与えずにウェーハから薄い表
面層だけを除去して、引き続く処理のためにウェーハ表
面を浄化もは調整するように軽いすなわち「ソフト」な
エッチングのために使用され得る。ソフトエッチングは
低エネルギープラズマによって良好に実行される。化学
蒸着処理（CVD）のような他の反応処理は化学処理を促
進させることにプラズマを使用し得る。
スパッター被覆またはハードスパッターエッチング処
理においては、一般にスパッター被覆処理では被覆材料
のターゲットまたはエッチングされる基体を負に帯電さ
せることにより、陰極から放出される電子でプラズマが
局部的に発生される。スパッター被覆処理に使用される
プラズマは典型的には比較的高いエネルギーで、通常は
400〜500電子ボルトの範囲であるのに対し、ハードスパ
ッターエッチングに使用されるプラズマは典型的に200
〜300電子ボルトの範囲である。これらのプラズマは適
度に低い密度となる傾向を見せ、通常はイオン化は約５
パーセントである。
プラズマによる半導体ウェーハ処理においては、ウェ
ーハまたはターゲットの表面上のプラズマ分布は或望ま
しい形状に従わねばならない。例えば、ソフトエッチン
グでは、プラズマはウェーハの全面上で一様であるのが
一般に好ましい。更に、ソフトエッチングでは通常は基
体からかなりの量の材料を除去する、すなわち損傷を与
えることは一般に望ましくないとの理由から、プラズマ
は通常は100電子ボルトより低いエネルギーで基体に衝
突することが望ましい。この結果として、基体に衝突す
るプラズマの加熱効果は比較的小さく、より速いエッチ
ング速度を生むために高密度のプラズマを使用させる。
チャンバー内のガスを高周波RF励起するような或方法
によってプラズマを発生させると、しばしばイオンが数
百電子ボルトであるプラズマを生じる。マグネトロンが
強化された場合であっても、プラズマの発生効率は５〜
10パーセントのイオン化を通常は超えない。他方、電子
サイクロトロン共鳴のような方法によるプラズマの発生
では、15〜30電子ボルトで25％〜30％のイオン化効率の
プラズマが発生される。
一般にECRによるプラズマの発生はプラズマで処理さ
れる表面から離れた位置で行われ、その後にそこから通
常はプラズマ発生位置に近いチャンバー内または領域内
の処理位置へ送られる。ECRで発生されるプラズマはし
ばしば2.54GHzのFCC指定有効周波数のマイクロ波エネル
ギーで発生される。マイクロ波エネルギーは、しばしば
円筒形で且つその円筒チャンバー壁の外側に配置されて
いる永久磁石またはコイルによって磁場が付与される真
空キャビティーの中に導かれる。2.54GHzの周波数では
電子の共鳴は約875ガウスの磁場の中で達成できる。
多数のECRプラズマ発生装置において、磁場は、キャ
ビティー内では軸線方向に延在し、キャビティー両端か
ら外方に円を描き且つキャビティーの外側の巻き線を囲
む磁力線を有する磁場を発生させるように円筒キャビテ
ィー壁の外側に巻かれたエレクトロマグネットコイルま
たはソレノイドによって発生される。キャビティー内で
は、このように発生された磁場は一般にキャビティー中
心すなわち軸線に関してほぼ対称的であり、同様にキャ
ビティー軸線に関して対称的なプラズマを発生する。
他の形状の磁場はキャビティー外側のまわりに配置さ
れた永久磁石によって一層容易に発生される。このよう
な磁場の例はカスプ磁場であり、これはキャビティーの
側壁を通して延在する磁力線を有する。これらのカスプ
磁場はキャビティー軸線を通るすなわち含む且つチャン
バー壁と交差する１つまたはそれ以上の平面に関して対
称となる傾向を示す。
円筒形キャビティーのまわりに配置されて半径方向に
配向された軸線を有し、各々が同じ極配向を有する磁石
によって、シングルカスプ磁場が発生される。このシン
グルカスプ磁場では、磁力線は磁極中心近くの円筒壁か
ら円筒チャンバー壁のまわりの円周に沿って発散して、
この円周を含み且つ円筒軸線を２分割する平面にて対称
的な２つの磁場部分を形成する。この平面から、その磁
場の磁力線はチャンバー端部から外方へ軸線方向に延在
し且つチャンバー外側の磁石の反対極に戻り、その平面
およびキャビティー軸線の近くに強力な共鳴支持磁力線
を有し、平面の反対側に一対の隣接した共鳴領域を形成
し、この領域内でプラズマが発生される。プラズマの形
状は一般に発散する磁力線の間に形成されるカスプによ
って定められる。
同様に配置された磁石を有するが極性の配向が交互と
されることでマルチカスプ磁場が発生され、これにおい
て磁力線は交互および同じ配向の磁石の各々から磁極の
近くの円筒壁上で長手方向線に沿って出て、半径方向平
面内を隣接した逆に配向された磁石へ向けてループを形
成し、そしてこれらの隣接する磁石の磁極く近くで長手
方向ラインに沿って壁に再び入る。このような磁場はキ
ャビティー軸線に沿って弱くなる傾向を見せ、平面に関
して対称的且つ平面間の楔形領域に集中した個別のプラ
ズマを発生させる。
これらの磁場を発生させるように形成された永久磁石
は簡単で小さいが、それらが形成する磁場およびそこに
発生されるプラズマの分布は複雑で、多くの非一様性を
有する。
プラズマ発生装置に使用されるのに好適な磁石構成に
おいて、電子サイクロトロン共鳴の領域、従ってプラズ
マが最も豊富に形成される面積部分は、完璧に一様には
共鳴キャビティー内に分布されない。これは磁石が作ら
れ取り付けられる精度およびキャビティーが構成される
精度における実際的な制限が主に原因し、またチャンバ
ー内でのガスの分布および流動における非一様性に原因
する。この結果、従来技術は処理の行われる処理チャン
バー内の空間に有効なプラズマ分布を形成するために、
非一様なプラズマ分布を処理する様々な方法を使用して
きた。従来技術の努力はプラズマ発生領域と処理場所と
の間の空間においてプラズマの流れおよびその分布を制
御することに向けられてきた。これらの従来技術の努力
はアプローチを得たが、多くの場合に望ましくなく、複
雑、高価、または満足できる性能には及ばないものでし
かない。処理チャンバーの各々がモジュラー化されたク
ラスタツール構成においては特に複雑および過大寸法が
欠点となる。
従って、ウェーハ処理のために一層有効で一様なプラ
ズマを発生させるための方法および装置、特にこのよう
なアプリケーションのために小型で簡単なプラズマ発生
装置、の必要性がある。
独国特許願3810197号はウェーハ処理のためのECR発生
装置を記載しており、これにおいてプラズマはチャンバ
ーを取り囲む静止電磁石またはソレノイドによって形成
された磁場の存在する中でECRによってチャンバー内に
発生される。RFエネルギーは軸線方向の静磁場に対して
直角に配向された電磁場により発生領域内に導入され
る。補助磁石がチャンバーの周囲に備えられ、チャンバ
ーを横断して延在し且つ発生領域の軸線上で回転する磁
場を形成する。この補助磁石は、順次に付勢される複数
対のコイルとされるか、物理的に回転される１つの磁石
とされ得る。補助磁石はプラズマフラックスを中心から
外すように曲げ、これにより中心から縁までのウェーハ
のプラズマ処理の半径方向の一様性を改善すると言われ
る。
発明の要約 本発明の主目的は、半導体ウェーハの処理に一様なプ
ラズマの発生を提供することである。更に詳しくは本発
明の目的は、半導体ウェーハの被覆およびエッチング処
理、特にソフトエッチングのような低エネルギープラズ
マのアプリケーションに使用されるプラズマの高効率な
形成を提供することである。
本発明の格別の目的は、小型且つ簡単なプラズマ処理
モジュール、特にウェーハ処理クラスタツールのための
ソフトエッチングモジュールを提供することである。本
発明の他の目的は、一様なプラズマを発生し、小型で構
造的な複雑さのない、半導体ウェーハ処理アプリケーシ
ョンのための電子サイクロトロン共鳴、すなわちECR、
のプラズマ発生装置を提供することである。
本発明によれば、シリコーンウェーハプラズマ処理装
置はシールされたチャンバー、チャンバーにガスを供給
する手段、チャンバー内のガスを真空圧レベルにまで低
下せる真空ポンプ手段、チャンバー内のプラズマ発生キ
ャビティー、処理するウェーハを支持するためにチャン
バー内に取り付けられたウェーハホルダー、キャビティ
ー内に連結れたマイクロ波エネルギー源、および、キャ
ビティー周囲に配置された磁石手段を含んでおり、この
磁石手段は複数磁石の回転可能な組立体を含み、この磁
石手段は磁石内側領域に電子サイクロトロン共鳴を発生
してこれによりその領域にプラズマを発生させるほどの
十分な強さを有する磁場をキャビティー内に成形する強
度および形状を有しており、回転可能な組立体の磁石が
キャビティー内の領域に電子サイクロトロン共鳴を発生
してこれによりその領域にプラズマを発生させること、
およびこの装置が更に組立体全体およびその磁石をユニ
ツトとしてキャビティーのまわりに回転させてマルチカ
スプ磁場、電子サイクロトロン共鳴が発生される領域、
およびキャビティー内のその領域内のプラズマを回転さ
せるようにする手段を含んでいることを特徴とする。
本発明によれば、半導体ウェーハをプラズマ処理する
方法はチャンバー内に真空圧レベルでガスを供給し、チ
ャンバー内のキャビティーの中にマイクロ波エネルギー
を連結し、チャンバーの外側に配置された磁石によりキ
ャビティー内に磁場を形成し、マイクロ波エネルギーお
よび磁場によりキャビティー内の領域にてガス中に電子
サイクロトロン共鳴を発生させ、キャビティー内の領域
にてプラズマを発生させ、キャビティー軸線のまわりに
磁場部分を回転し、および、チャンバー内に位置するウ
ェーハを回転するプラズマによって処理する諸段階を含
んでおり、この方法が電子サイクロトロン共鳴を発生さ
せる磁場全体を、従ってマルチカスプ磁場が形成する領
域およびプラズマを、キャビティー軸線のまわりに回転
させることを含んでいることを特徴とする。
この方法および装置は、電子サイクロトロン共鳴によ
って高度に一様なプラズマの発生を可能にする。本発明
によれば、電子サイクロトロン共鳴磁場はキャビティー
内にマイクロ波エネルギーを導入して形成される。プラ
ズマ発生磁場および発生されたプラズマは次にキャビテ
ィー軸線のまわりに回転される。
本発明の好ましい実施例によれば、電子サイクロトロ
ン共鳴発生装置が提供され、これはプラズマ処理装置の
真空チャンバー内にキャビティーを有する。この発生装
置は複数の細長い磁石、好ましくは永久磁石を、チャン
バーの管状キャビティー壁の外側のまわりに好ましくは
等間隔で備える。この管状キャビティー壁は円筒形であ
るのが好ましく、磁石の極軸線は半径方向に配向される
のが好ましい。磁石はチャンバーで囲まれたプラズマ発
生キャビティー内にカスプ磁場を形成する。磁石組立体
は例えば1000rpmの速度でキャビティーの中心線のまわ
りを回転されてプラズマ発生磁場、プラズマ発生領域お
よびプラズマをキャビティーの中心線のまわりに回転さ
せる。一様に分布されたガスシャワーが一定して発生キ
ャビティー内に導入され、形成されるプラズマの一様性
を高める。
本発明の１つの実施例では、全ての磁石は同じ極配向
を有し、同じ極が円筒キャビティーの軸線に向けられて
シングルカスプ磁場を形成する。このシングルカスプ磁
場の磁力線は磁石の内側極からキャビティーの円筒壁を
通り、次にキャビティーを通して軸線両方向に発散し且
つ彎曲して円筒端部から出て、外方へ円を描いて外側端
部の磁石へ戻る。これらの磁石はキャビティー内に磁場
を形成し、これはキャビティーに導入されるマイクロ波
エネルギーの周波数で電子サイクロトロン共鳴を発生さ
せるために十分な強さを有する磁力線を含む。2.54GHz
のマイクロ波エネルギーによれば、この共鳴磁場は875
ガウスのキャビティー内に磁力線を有する。形成される
プラズマは、磁石の中心を通る半径方向の平面の反対両
側にて軸線方向に間隔を隔てた２つの環状磁場部分に発
生される。これらの磁場部分は各々がそれらとキャビテ
ィー軸線との間に位置する平面に隣接してプラズマ発生
領域を定める。これらの領域はこの平面に隣接し、１つ
の連続したプラズマを形成する傾向を見せる。
本発明の他の実施例において、磁石が隣接する磁石と
逆の磁極をキャビティー円筒壁の中心に向けて交互に配
向されて、マルチカスプ磁場を形成し、キャビティー内
の磁力線は１つ置きの磁石の各々の内側端部から出て半
径方向内方へ延在し、次に円筒軸線に直角な平面内で発
散してループを形成し、壁へ向けて戻り、２つの隣接す
る磁石の内方へ面した反射磁極へ向けて壁を通過する。
形成された磁場はキャビティーの中心すなわち軸線に沿
って弱くなる傾向を見せる。この実施例の磁石は、複数
のアーチ形の磁力線を生じ、それぞれが約875ガウスの
電子サイクロトロン共鳴を支持する強さのものを有し、
キャビティー軸線のまわりで円筒キャビティー壁の内側
をキャビティー軸線と平行に長手方向に延在する複数の
個々のアーチ形のプラズマ発生領域、2.54GHzのマイク
ロ波エネルギーでプラズマを形成するようになす。
本発明の好ましい実施例において、マイクロ波エネル
ギーは同軸ケーブルを含む伝達ラインを通じてキャビテ
ィーに供給され、この同軸ケーブルはマイクロ波エネル
ギーをキャビティー内の連結ループに各々連結されてい
る複数の同軸ケーブル間に等しく分割するための電力分
割装置を経て連結される。連結ループはキャビティー頂
部の下方に向いた円形壁の内側のリムのまわり、または
円筒キャビティー壁の内側のまわりに等間隔に隔てられ
る。ループは円筒軸線を通る半径方向の平面内を延在
し、またキャビティーのまわりに等角度間隔に隔てられ
る。
不活性ガスがシャワー、すなわち穴が同心リング状に
備えられた円形プレート、を通してキャビティー頂端部
にて連続してチャンバー内に導入される。シャワーを経
て導入されたガスはキャビティーの頂端部において一様
に分配され、キャビティーを通して一定して下方へ流れ
る。キャビティーは処理チャンバーの頂部に取り付けら
れており、チャンバーは望ましい実施例ではソフトエッ
チングチャンバーであり、上方へ向けた基体がキャビテ
ィーの底部開口端の下方に配置される。プラズマで処理
されるべき基体はプラズマ発生装置のすぐ下方にて円筒
軸線上に芯出されることが好ましい。ガスシャワーはキ
ャビティー内のプラズマ発生領域での分散と協動し、消
費したガスを補充し、プラズマ発生処理に燃料を供給す
るための一様なガス供給源をこれらの領域に与える。
電子サイクロトロン共鳴支持磁場の回転は、磁場内の
あらゆる円周方向の非対称性に拘わらずに、中心軸線の
まわりに全角度で均一なプラズマを形成するようにアー
チ形のプラズマ発生領域を回転させる。このように形成
されたプラズマは次に発生キャビティーの下端部および
基体上に向けて同様に一様に移動する。形成されたプラ
ズマは高効率のものでイオン化が約30％であり、また低
エネルギーで、イオンは基体に対して一般に20電子ボル
ト未満にて発生される。基体はまた、基体に向かうプラ
ズマイオンの加速を援助するように−100ボルトにまで
バイアスされ得る。このようなプラズマは基体表面をほ
とんど損傷せず、従ってソフトエッチング処理に使用す
ることが好適であって、表面を効率的且つ一様にエッチ
ングする。
電力を分割されたマイクロ波エネルギーの、円筒の半
径方向平面内に位置された複数の間隔を隔てた連結ルー
プによるキャビティー内への連結は、キャビティー内に
TM01モードの放射を発生させる。キャビティーの長さ
は、TM011モードのエネルギーがキャビティー内に生じ
るようになされる。それなりに発生装置は非常に小型に
なる。
本発明のこれらのおよび他の目的は以下の図面の詳細
な説明から容易に明らかになろう。図面において、 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の原理を具現するソフトエッチング
クラスタモジュールの斜視図である。
第２図は、第２図のモジュールのプラズマ発生装置お
よび処理チャンバーの概略図。
第３図は、第１図のモジュールにおける本発明の実施
例によるECRプラズマ発生装置を示す第２図のプラズマ
発生装置を通る側断面図である。
第４図は、第３図の線４−４に沿うECR発生装置を通
る上方に向いた横断面図である。
第５図は、本発明の発生装置のシングルカスプの実施
例における磁石の構成、磁場の形状、およびプラズマ発
生領域の位置を示す第３図の横断面図に似た図面であ
る。
第６図は、本発明の発生装置のマルチカスプの実施例
における磁石の構成、磁場の形状、およびプラズマ発生
領域の位置を示す第４図の横断面図に似た図面である。
図面の詳細な説明 第１図を参照すれば、クラスタツールのソフトエッチ
ングモジュール10が図示されている。このソフトエッチ
ングモジュール10はホイール付きキャビネツト12を含
み、このキャビネツトにはソフトエッチング処理装置14
が支持されており、この処理装置はソフトエッチング真
空処理チャンバー16の中に収容され、このチャンバーは
エッチング作動時には高真空ポンプにより例えば10-4ト
リチェリー（1.3×10-2N/mm2）の高真空圧レベルに維持
される。ソフトエッチング処理装置14の真空処理チャン
バー16はMESA規格のスリットまたはゲートバルブ20を通
してウェーハ処理クラスタツールの搬送すなわち移送モ
ジュール22と通じている。この移送モジュール22は適度
な真空圧レベルに維持され、通常は清浄な不活性ガスに
より占有される。処理装置14の頂部には電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ発生装置24が取り付けられ、この発生
装置は内部に収容したプラズマ発生キャビティー26を有
し、このキャビティーは底部で処理チャンバー16に開口
する。RF電源28、マイクロ波電源30および付加的なラッ
ク取り付け制御装置32がキャビネツト12に収容され、処
理装置14の作動を支援する。
処理装置14は第２図に概略的に示されており、処理チ
ャンバー16を取り囲む圧力シールされたチャンバー壁34
を有する。このチャンバー壁34は金属であり、導電性で
接地電位に維持される。チャンバー壁34の上部は円筒外
壁35を含み、この外壁は内部にプラズマ発生チャンバー
26を有している。
処理チャンバー16の内部には固定されたウェーハ支持
部36が配置され、この支持部はチャンバー壁34から電気
的に絶縁されている。支持部36はゲートバルブ20（第１
図）のスリット開口と水平方向に整合するように位置決
めされ、移送モジュール22内のチャンバーの中に取り付
けられている伸長可能且つ回転可能な移送アーム（図示
せず）から水平配置されたウェーハを受け取るようにさ
れている。支持部はウェーハ40をバルブ20との整合位置
からプラズマ発生キャビティー26に対する最適位置へ移
動させるように移動可能とされ得る。ウェーハ40はエッ
チングされるべき表面42を処理チャンバー16の頂部のプ
ラズマ発生キャビティー26へと上方に向けて支持部の上
に保持される。
RF電源28は望まれるならば０〜−100ボルトのバイア
ス電圧を供給する。RF電源28は13.56MHzの発生装置44を
含み、この発生装置は整合ネットワーク45および阻止コ
ンデンサー46を通して処理チャンバー16内のウェーハ支
持部36に連結されている。高真空ポンプ18は入口47を有
し、この入口はウェーハ支持部36の近くで真空チャンバ
ー16と通じていて、チャンバー16内のガス流がプラズマ
発生キャビティー26から下方へ向けて流れるようにして
いる。ガスはガス供給源51から、プラズマ発生キャビテ
ィー26の頂部にてプラズマ発生チャンバー26の頂端部を
形成する円形端部壁の内側に位置するガス入口シャワー
48を通して、チャンバー16内に供給される。
約1500ワットの電力レベルのマイクロ波エネルギーが
マイクロ波電源30から伝達ラインを通して供給され、キ
ャビティー26に伝えられる。この伝達ラインは電力分割
装置53に至る同軸ケーブル52を含み、この分割装置は電
力を複数、好ましくは８つ、の出力同軸ケーブル54の間
で等しく分割するものであり、これらのケーブルは同様
な複数の連結ループ55に供給する。ループ55は発生装置
24の円筒壁35の軸線のまわり、すなわちチャンバー壁34
の円形上端部50の周辺のまわりに等しく間隔を隔てられ
るか、位置57に点線で示すように発生キャビティー26の
円筒側壁35に等しく間隔を隔てられる。ループ55はキャ
ビティー26に取り付けられたときに、ケーブル54のイン
ピーダンスと合ったインピーダンスを与えるように構成
され配置される。
永久磁石の組立体60は円筒キャビティー壁35の外側に
回転可能に取り付けられる。この組立体60の磁石は、円
筒キャビティー壁35から間隔を隔てられるが一般に接近
している軸線56からの或半径位置にてキャビティー26内
に約875ガウスの強度を有するカスプ磁場を発生するの
に適当な強度および形状とされる。
ECR発生装置24は第３図の横断側面面に示されてお
り、これは処理チャンバー16の上端にプラズマ発生キャ
ビティー26を含んでいる。処理チャンバー16はチャンバ
ー壁34で包囲されており、チャンバー壁は発生キャビテ
ィー26を取り囲む円筒キャビティー側壁35およびチャン
バー16の頂部の発生キャビティー26に近い円形頂部壁50
を含む。円形頂部壁50は円筒壁35の頂端部に剛性的に連
結されシールされたフランジ61に円形カバー62がボルト
止めされシールされて構成され、キャビティー26および
チャンバー16の頂部をシールする。冷却リング63カバー
62の頂部に取り付けられて冷却チャンネル64を囲んでお
り、この冷却チャンネルを通して冷却水が冷却水供給ラ
ンイン65から循環される。
同軸ケーブル54はカバー62の上の円周に物理的に取り
付けられた出力端部を有し、その外側シールド導体は接
地カバー62に連結されている。ループ55は同軸ケーブル
54の中心導体から延在しており、絶縁ブッシュ66により
カバー62内で端部プレート50から絶縁されている。第３
図および第４図に示されるように、ループ55は同軸ケー
ブル54の中心導体から接地されたチャンバー壁34に端部
プレート50または円筒壁35にて連結され、キャビティー
26内の空間を通って延在しており、キャビティー26およ
び円筒側壁35の軸線をそれぞれ含む等角度間隔の半径方
向平面の各々に位置されている。
ガス入口ライン51はキャビティー26の軸線56上のカバ
ー62の中心のガス入口ポート67に連結されている。この
入口ポート67はカバー62とガス分配シャワー48との間に
形成された環状ガス分配空間68に通じている。複数のガ
ス排出穴69がシャワー48を通して備えられ、ガスをキャ
ビティー26の頂部にて真空チャンバー16内に排出するよ
うになされている。第４図に示されるように、穴69は３
列として示されている同心リングのパターンに配置さ
れ、12、24および48個の穴がこれらの３つの同心円に等
間隔に配置されている。
磁石組立体60は複数の、好ましくは永久磁石70を含
む。磁石70は強力な磁性材料のバーであり、組立体60に
おいて円筒状の配列としてキャビティー26の円筒壁35の
外側のまわりに等間隔に配置されている。各々の磁石70
はキャビティー26の軸線56を含む半径方向の平面内に整
合された極軸線を有する。磁石組立体60は円筒壁35に固
定された一対のブッシュカラー72にて円筒壁35の外側に
回転可能に取り付けられ、カラーの内側にスライド可能
に取り付けられている。作動において、組立体60はチャ
ンバー壁34の外側に取り付けられた電気モーター73によ
り円筒壁35の外側のまわりを回転駆動される。モーター
73は外端部にプーリー75の付いた出力駆動シャフト74を
有し、駆動ベルト76がプーリー75と摩擦接触してそのま
わりを延在している。ベルト76は組立体60の外側をまわ
って延在し且つ摩擦接触しており、モーター73の回転に
より組立体を回転させるようになっている。
磁石組立体60の磁石70は互いにキャビティー26の軸線
56を横断して向かい合う同じ磁極を有した直径方向に対
向する一対の磁石を備えていることが好ましい。磁石70
の異なる対の相対的な配向は発生されるカスプ磁場の種
類を決定する。第５図の図面に示したシングルカスプ磁
場は全ての磁石の磁極を同一に配向して、すなわち各磁
石の同じ極がキャビティー26の中心すなわち軸線56に向
けられて形成される。第６図の図面に示されたマルチカ
スプ磁場は、１つ置きの磁石対の磁極は同一に配向され
るが、その磁石に隣接する磁石対の磁極は半径方向で逆
に配向して形成される。
第５図を参照すれば、磁石70を同一に配向した磁石配
列60により形成されるシングルカスプ磁場はキャビティ
ー26内で軸線方向に間隔を隔てられ、また点80でキャビ
ティー26の軸線56と交差し、円周81においてキャビティ
ー26の壁35と交差し、且つ平面82にて磁石70を２分割す
る半径方向の平面に関して対称的な２つの環状磁場部分
78、79とされた磁場を形成する。２つの環状の磁場部分
78、79の各々は、キャビティー26の円筒壁35から軸線56
へ向けて強度が増大する磁力線を有する。磁場すなわち
磁場部分78、79の各々は電子サイクロトロン共鳴を、従
ってプラズマ発生領域をキャビティー内に支持する強さ
の磁力線、例えば、磁力線84、85を含む。このような磁
力線84、85は2.54ガウスのマイクロ波励起周波数に対し
て875ガウスの磁場強度を表す。これらの磁力線84、85
は、それらの間にキャビティー26の中心において平面に
隣接し且つ軸線56に沿った電子トラップを形成する。そ
れなりにこの平面における磁場のカスプは、中心点80の
まわりで、磁石の中心を通る平面および軸線56に沿う平
面の近くで発散する磁力線の間に、キャビティー26内に
形成されたプラズマ86を規制する。
第６図を参照すれば、交互に磁石70を配向した磁石配
列60によって形成されるマルチカスプ磁場は、各々がキ
ャビティー26の軸線56に平行で、キャビティー26の内側
のまわりで円周方向に間隔を隔てられた複数の楔形の長
手方向領域90とされた磁場を形成する。複数の長手方向
領域90の各々はまた、キャビティー26の円筒壁35から軸
線56へと強さが減少する磁力線を特徴とする。各々の磁
場はキャビティー内に電子サイクロトロン共鳴を支持す
る磁力線、例えば磁力線91を含む。このような磁力線91
は例えば2.54ガウスのマイクロ波励起周波数に対して87
5ガウスの磁場強度を表す。この磁力線は円筒キャビテ
ィー壁35の内側に隣接し且つその長手方向に沿って延在
する磁気トンネルすなわち電子トラップを形成する。そ
れなりに磁石90の個数に等しい数の複数の円周方向に間
隔を隔てられた長手方向の個々のプラズマ93は、キャビ
ティー26内で軸線56に平行に形成される。
磁石70で形成されるカスプ磁場、およびこれにより発
生されるプラズマは、ソレノイドで発生される軸線方向
の磁場の対称性はない。更に、各磁石で形成される磁場
形状一様性は正確でなく、プラズマ発生キャビティーの
中のガス分子、イオンおよび電子の濃度は各点間で変化
する。発生されたプラズマは発生チャンバーの円筒壁の
近くに空間的に位置される。これらのプラズマは磁石60
により十分に速い速度で回転し、キャビティー26および
チャンバー16の軸線のまわりで一様な平均的なプラズマ
強度および密度を発生する。
第２図を再び参照すれば、キャビティー26は、基体表
面42を均一にエッチングするようにプラズマが軸線56の
まわりで一様な状態で基体40の上に伝播する開口下端95
を有している。表面42を一様にソフトエッチングするた
めの基体40の位置決めは、キャビティー26の内部ではあ
るが、チャンバー16内でキャビティー26より或距離だけ
低い位置であるのが好ましい。理想的な隔たりはキャビ
ティー26、ウェーハ40の相対寸法、および周波数のよう
なマイクロ波エネルギーの特徴、磁石の正確な強度、寸
法および位置、チャンバー内のガスの性質、および実施
される処理の望まれる結果によって変化する。
ECRプラズマ発生装置24はソフトエッチング以外のプ
ラズマ処理に適当である。これが発生するプラズマは、
プラズマがターゲットに向けられるスパッター被覆処理
を改善するのに使用でき、またプラズマが反応ガスに向
けられるプラズマ強化化学蒸着または反応イオンエッチ
ング処理に使用し得る。また選択イオンエッチング、イ
オンビーム処理、および抽出装置、磁気パイプまたは成
形磁場、または基体の面積部分の選択的な処理のために
表面上または空間中にイオンまたはプラズマの流れを選
択的に集中しまたは選択的に方向決めするために電極を
備え得る他のプラズマ処理適用例に有用となる。
更に、上述した実施例の変形がなし得ることは認識さ
れよう。例えば、説明した永久磁石70が好ましいが、電
磁石は図示した磁場を、または説明した概念の或点で有
利となる他の磁場を発生させるために構成されることが
できる。更に、ループ連結が好ましいが、導波管どうし
の連結、およびアンテナプローブとの連結がキャビティ
ー内でTM01モードのマイクロ波励起を発生し得るのであ
り、他のモードの連結および他のモードの励起もまた有
利に使用できる。マイクロ波連結および励起の詳細、お
よび磁場およびキャビティーの形状は、最終的に望まれ
るプラズマ処理を達成するために、および発生されたプ
ラズマの最終的な分布を考慮に入れて、目的をもって選
択されねばならない。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−93834（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−111332（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−308530（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130923（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−244600（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シールされたチャンバー、このチャンバー
    にガスを供給する手段、チャンバー内のガスを真空圧レ
    ベルにまで低下せる真空ポンプ手段、チャンバー内のプ
    ラズマ発生キャビティー、処理するウェーハを支持する
    ためにチャンバー内に取り付けられたウェーハホルダ
    ー、キャビティー内に連結されたマイクロ波エネルギー
    源、および、チャンバーの外周を取り囲んでキャビティ
    ー周囲に配置された磁石手段を含むシリコーンウェーハ
    プラズマ処理装置であって、この磁石手段は複数磁石の
    回転可能な組立体を含み、この磁石手段はキャビティー
    内の領域に電子サイクロトロン共鳴を発生させこれによ
    りその領域にプラズマを発生させるほどの十分な強さを
    有する磁場をキャビティー内に形成する強度および形状
    を有しており、更に、組立体（60）の全体およびその磁
    石（70）をユニツトとしてキャビティー（26）のまわり
    に回転させてマルチカスプ磁場、電子サイクロトロン共
    鳴が発生される領域、およびキャビティー内の前記領域
    内のプラズマを回転させる手段を含んでいることを特徴
    とするシリコーンウェーハプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】シールされたチャンバー、このチャンバー
    にガスを供給する手段、チャンバー内のガスを真空圧レ
    ベルにまで低下せる真空ポンプ手段、チャンバー内のプ
    ラズマ発生キャビティー、処理するウェーハを支持する
    ためにチャンバー内に取り付けられたウェーハホルダ
    ー、キャビティー内に連結されたマイクロ波エネルギー
    源、および、キャビティー周囲に配置された磁石手段を
    含むシリコーンウェーハプラズマ処理装置であって、こ
    の磁石手段は複数磁石の回転可能な組立体を含み、この
    磁石手段はキャビティー内の領域に電子サイクロトロン
    共鳴を発生させることによりその領域にプラズマを発生
    させるほどの十分な強さを有する磁場をキャビティー内
    に形成する強度および形状を有しており、更に、組立体
    （60）の全体およびその磁石（70）をユニツトとしてキ
    ャビティー（26）のまわりに回転させた磁場、電子サイ
    クロトロン共鳴が発生される領域、およびキャビティー
    内の前記領域内のプラズマを回転させる手段を含み、磁
    石（70）がシングルカスプ磁場を形成する形状、配置お
    よび配向とされ、カスプが２つの環状の長手方向に間隔
    を隔てたプラズマ発生場部分（84,85）を分け、磁石（7
    0）の回転がキャビティー（26）のほぼ中心線のまわり
    のカスプの回転およびプラズマ（86）の回転を引き起こ
    し、磁石がキャビティー（26）の外側の周囲で間隔を隔
    てられた複数の永久磁石（70）を含み、各々の磁石はキ
    ャビティー（26）の中心線（56）とほぼ交差する極軸線
    （82）を有し、各々の磁石は同じ極をキャビティー（2
    6）の中心線（56）へ向けて配向されて、キャビティー
    （26）内にシングルカスプ磁場を形成するようになされ
    た装置。
  3. 【請求項３】請求項１に請求された装置であって、磁石
    （70）が複数のカスプを有するマルチカスプ磁場を発生
    する形状、配置および配向とされ、各々のカスプは複数
    の長手方向の軸線方向に間隔を隔てられたプラズマ発生
    領域（90）を分けており、磁石（70）の回転がキャビテ
    ィー（26）のほぼ中心線（56）のまわりのカスプの回
    転、長手方向のプラズマ発生領域（90）の回転およびプ
    ラズマ（93）の回転を引き起こし、磁石がキャビティー
    （26）の外側の周囲で間隔を隔てられた複数の永久磁石
    （70）を含み、各々の磁石はキャビティー（26）の中心
    線（56）とほぼ交差する極軸線を有し、キャビティー
    （26）の中心線（56）のまわりの偶数倍の磁石の交互の
    配向がキャビティー（26）内にマルチカスプ磁場を形成
    するようになされた装置。
  4. 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに請求さ
    れた装置であって、キャビティー（26）は内部が一様に
    分散されたキャビティー（26）の中への軸線方向のガス
    流を導入するために一端に手段（48,51,67,68,69）を有
    し、キャビティー（26）はガス導入ポート（67）および
    このガス導入ポート（67）と流体連通した複数のガス入
    口穴（69）を有する閉端部を有し、穴（69）はキャビテ
    ィーの閉端部を一様に横断してキャビティー（26）内に
    ガスを一様に導入するように分布されている装置。
  5. 【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに請求さ
    れた装置であって、キャビティー（26）は円筒形でその
    中心線をなす軸線（56）を有し、磁石の回転手段（73,7
    4,75,76）が円筒キャビティー（26）の軸線（56）のま
    わりに磁石（70）を回転させるように作動され、ウェー
    ハホルダー（36）はウェーハ（42）を該軸線（56）上に
    芯出するように位置決めされ、キャビティー（26）内に
    マイクロ波エネルギー源（30）からのマイクロ波エネル
    ギーを連結する連結手段（52,53,54,55）を更に含み、
    連結手段は複数のループ（55）を含み、各々のループは
    マイクロ波エネルギー源（30）とキャビティー（26）と
    の間でキャビティー（26）の中心線（56）のまりに間隔
    を隔てて電気的に連結され、ループ（55）はキャビティ
    ー（26）内のマイクロ波エネルギーによりTM01モードの
    励起を生じるように形状および配向を定められ、連結手
    段がそれに連結され、マイクロ波エネルギーをループ
    （55）間でほぼ等しく分割する電力分割装置（53）を有
    し、それぞれのループ（55）は、各々がキャビティー
    （26）の軸線（56）を通り且つ含む複数の半径方向平面
    の異なる１つ内に位置されている装置。
  6. 【請求項６】チャンバー内に真空圧レベルでガスを供給
    し、チャンバー内のキャビティーの中にマイクロ波エネ
    ルギーを連結し、チャンバーの外側に配置された磁石に
    よりキャビティー内に磁場を形成し、マイクロ波エネル
    ギーおよび磁場によりキャビティー内の領域にてガス中
    に電子サイクロトロン共鳴を発生させ、キャビティー内
    の前記領域にてプラズマを発生させ、電子サイクロトロ
    ン共鳴を発生させる磁場全体を、従って前記領域および
    プラズマを、キャビティー軸線のまわりに回転させ、チ
    ャンバー内に位置するウェーハを回転するプラズマによ
    って処理し、磁場を形成する時には、マルチカスプ磁場
    をチャンバー内に形成し、磁場を回転させる時にマルチ
    カスプ磁場を回転させる、半導体ウェーハをプラズマ処
    理する方法。
  7. 【請求項７】プラズマ発生キャビティーを備えるチャン
    バーと、磁場を発生してプラズマ発生キャビティー内に
    プラズマを発生させる磁石装置と、を有する、半導体ウ
    ェーハプラズマ処理装置用のプラズマ発生装置であっ
    て、 磁石装置はチャンバーの外周を取り囲み、磁石装置はマ
    ルチカスプ磁場を発生させ、マルチカスプ磁場は回転さ
    れる、プラズマ発生装置。
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