JP2004535056A - チャンバ排気内のプラズマに対する磁気障壁 - Google Patents

Abstract

チャンバ内部にあるプラズマが排気ポンプに到達するのを阻止するために磁石システムを使用するプラズマチャンバ装置及び方法。チャンバ内部とポンプとの間の排気チャンネルは、磁石と、排気ガスの流れに乱流を作り出す少なくとも１つのデフレクタとを含む。磁界及びデフレクタによって発生される乱流の両方は、ガス中の荷電粒子の再結合の割合を増大させ、それによって荷電粒子の濃度を磁石及びデフレクタの下流側のプラズマを消滅させるのに十分なほど減少させ、それによってチャンバ内のプラズマ本体が排気ポンプに到達するのを防止する。磁界のプラズマ閉じ込め効果は、磁界なしでプラズマを防止するのに必要とされるであろう場合に比べて、幅広い、及び／又は、曲がりくねりの少ない排気チャンネルの使用を可能にする。従って、排気チャンネルの曲がりに全面的に依存してプラズマを阻止する従来技術設計と比較して、排気チャンネル全体に亘り圧力降下を低減することができる。代替的に、磁界が十分に強い場合は、排気チャンネルに何のデフレクタも必要とすることなく、磁界単独でプラズマが排気ポンプに到達するのを阻止することができる。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的に、半導体及び他の電子装置製造のための処理に使用されるプラズマチャンバに関する。より詳細には、本発明は、チャンバを排気ポンプに連結する排気通路又は排気チャンネルを通ってチャンバ内のプラズマが広がるのを防止する装置及び方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体及び電子装置製造に使用される一連の処理段階は、一般に、薄膜を堆積又はエッチングするための各種プラズマ処理を含む。そのようなプラズマ処理は、一般的に、その内部が排気ポンプにより低圧に維持される真空チャンバ内で実行される。ポンプは、排気チャンネルを通じてチャンバ内部に連結される。
チャンバ内のプラズマが排気チャンネルを通って排気ポンプへと広がらないようにすることが重要である理由は幾つか存在する。
１つの理由は、排気チャンネルを通ってかなりの距離を広がるプラズマは一般的に不安定であり、それは、プラズマにより放出される光の可視的なちらつきによって証明されるように、被加工物に隣接する主プラズマ本体を不安定にする。そのような不安定性は、プラズマ処理における容認できない不均一性を生み出す。
【０００３】
プラズマが排気ポンプへと広がるのを阻止することが重要である第２の理由は、ポンプを腐蝕又は有害な堆積から保護するためである。プラズマチャンバ内のプラズマ本体近くにあるあらゆる構成要素表面は、一般的に、プラズマからのイオン衝撃に起因して腐食されることになる。更に、多くのプラズマ処理は、結合してポリマー又は他の有害な堆積物をチャンバ内のプラズマ本体に隣接する構成要素上に形成できる反応性の核種を含む副産物を有する。そのような腐蝕及び有害な堆積を避けるには、プラズマ本体に対して露出される又はプラズマ本体に対して隣接するチャンバ構成要素の表面を、取外し可能ライナで覆うのが一般的な方法である。このライナは、腐蝕されるので定期的に交換される。
【０００４】
一般的に、簡単に交換できる排気ポンプ用構成要素を準備することは現実的でない。従って、チャンバ内のプラズマが広がって排気ポンプへ接近しすぎないようにするプラズマチャンバのデザインに対する必要性が存在する。
シャン他に４／６／９９付けで付与され、本出願人に譲渡された米国特許第５，８９１，３５０号は、長く曲がりくねった排気通路をチャンバ内部とポンプとの間に挿入することにより、プラズマが排気ポンプに到達しないようにするプラズマチャンバのデザインを開示している。このデザインの１つの不利な点は、この曲がりくねった排気通路がチャンバ内部とポンプとの間に圧力降下を作り出すことである。このことは、いくつかの用途において、目標とする低チャンバ圧力を達成するために非常に高価なポンプを必要とする場合がある。
【０００５】
（発明の開示）
本発明は、チャンバ内部のプラズマが排気ポンプへ到達するのを防止するために磁石システムを使用するプラズマチャンバ装置及び方法である。このチャンバは、チャンバ内部とポンプとの間に排気通路又は排気チャンネルを含む。
本発明の一態様においては、排気チャンネルの内部は、排気ガス流中に乱流を作り出す少なくとも１つのデフレクタを含む。この乱流は、ガス中の反応性核種がデフレクタ、及び、デフレクタ近くの排気チャンネルの壁と衝突する割合を増大させる。この衝突は、反応性核種間の表面反応を促進して壁上に堆積物を生成する。これは、そのような堆積物を生成する傾向がある反応性核種の排気ガスを消耗させ、それによって、デフレクタ下流の排気ガスにおけるそのような反応性核種の濃度を大きく減少させるか又はそれを排除し、その結果、排気ポンプの構成要素上の有害な堆積物を大きく減少させるか又は排除する。
【０００６】
更に、磁石システムは、排気チャンネルの隣接領域内に磁界を発生させるようにデフレクタ近くに配置される。排気チャンネルを通る排気ガス流の方向を横断する磁界成分は、移動電子を偏向し、そのためにそれらは正イオンと一層再結合しやすくなり、それによって排気ガス中の荷電粒子濃度を減少させる。
デフレクタ及び磁気システムの両方が荷電粒子濃度を減少させることから、この２つは、組み合わされてデフレクタ及び磁石システム下流のプラズマを消滅させるのに十分なほど濃度を減少させることができる。特に、磁界とデフレクタとの協働効果によってチャンバ内のプラズマ本体が排気ポンプに到達するのを防止するように、磁界は十分に強くなければならず、また、１つ又はそれ以上のデフレクタによって引き起こされる乱流は十分に大きくなければならない。
【０００７】
磁界が有するプラズマ閉じ込め効果は、磁界を使用しないでプラズマを防止する場合に必要とされるであろうものよりも、より幅広い、及び／又は、曲がりくねりが少ない排気チャンネルの使用を可能にする。従って、プラズマの阻止を排気チャンネルの曲がりくねりに全面的に依存する従来技術の設計に比較して、排気チャンネル全体に亘る圧力降下を減少させることができる。
好ましい実施形態においては、デフレクタは、チャンネルの壁から排気チャンネルの中に延びる突出を含む。磁石システムの北極及び南極は、この突出内に配置されることが好ましい。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、磁石システムは、排気チャンネルにいかなるデフレクタも必要とせずに、プラズマが排気ポンプに到達するのを阻止する十分に強い磁界を提供する。
本発明の第３の態様は、磁石システムに対する特に効果的なデザインであり、円筒形の磁石及び２つの環状の磁極片を含む。磁石は、軸線方向の各反対端に北極及び南極を有し、２つの磁極片は、それぞれ磁石の２つの端部に当接する。代替的に、磁石及び２つの磁極片は、システムが円筒形の磁極片及び２つの環状の磁石を含むように入れ替えることができる。このデザインは、プラズマを効果的に阻止するように排気チャンネル中に強力な横方向成分を有し、しかも尚、処理されている半導体ウェーハ又は他の被加工物近くの磁界を最小にするように軸方向の距離と共に急激に減少する強さを有する磁界を発生させることができる。
【０００９】
（発明を実施するための最良の形態）
１．従来的なチャンバ構成要素
図１は、エッチング又は化学蒸着（ＣＶＤ）の何れかに適しているプラズマチャンバに適用した場合の本発明の一実施形態を示す。プラズマが排気ポンプへ到達しないようにする新しい特徴を説明する前に、従来のチャンバ構成要素を以下に説明する。
図示のチャンバは、半導体ウェーハのような円形被加工物を処理するようになっているので円筒形である。代替的に、従来的に矩形基板を処理するチャンバは、矩形の横断面を有するであろう。
【００１０】
円筒形側壁１２、円形底壁１４、及び、環状上部壁又は蓋１６は、チャンバ内部に対して真空気密な封入容器（エンクロージャ）を形成する。ディフューザ又はシャワー・ヘッドとも称されるガス分配板１８は、蓋１６の底部に装着される。このガス分配板は、ガス吸気口としての機能を果たすように穿孔され、その孔を通って処理ガスがチャンバに入る。側壁１２は、誘電体又は金属のどちらであってもかまわない。側壁が金属である場合、それは、以下に説明されるように十分な厚みの誘電体で覆われていない限り、電気的に接地された電極として機能することになる。
【００１１】
半導体ウェーハ又は他の被加工物２０は、円盤形状の金属サセプタ又は台座２２上に、又は、そのすぐ上方に装着され、台座自体は、チャンバの下端部に装着される。被加工物２０は、一般的に、機械的な締付けリング又は静電チャック（図示せず）のような従来的なチャックにより、サセプタ２２の上面に対してクランプ締めされるか、又は、保持される。（別の従来的な代替チャックは、複数のリフトピンであり、その上に、被加工物が短い距離だけサセプタの上方に置かれる。本特許明細書においては、「チャック」は、被加工物をプラズマ処理の間にサセプタ上に、又は、それに隣接して保持する任意の手段として定義される。）
【００１２】
真空ポンプ２８は、チャンバの全体的なガス圧をチャンバ内で実行されるように意図されたプラズマ処理にとって適する水準にまで減少させるために、チャンバから環状の排気マニホルド３０及び円筒形のポンピングチャンネル３２を通ってガスを排気するが、そのレベルは、一般的に、１０ミリトルから２０トルの範囲であり、その範囲の下限及び上限における圧力は、それぞれエッチング及びＣＶＤ処理にとって典型的なものである。スロットルバルブ３４は、ポンピングチャンネル３２内に装着される。このスロットルバルブは、ポンピングチャンネル内のガス流に対するインピーダンスを制御することによってチャンバ内のガス圧を調節し、それにより、目標とするチャンバ圧を維持するのに必要な場合のポンピングチャンネル全体に亘る圧力降下を制御する。
【００１３】
図１に示されたものなどの静電結合プラズマチャンバにおいては、チャンバ内の電極に直接的に接続された無線周波数（ＲＦ）電源によってエネルギがプラズマへ結合される。一般的に、ガス分配板１８及びサセプタ２２は、それぞれアノード電極及びカソード電極として機能するように電気的に接続される。特に、このＲＦ電源（図示せず）は、アノード電極１８（一般的にはプラズマＣＶＤ用）、又は、カソード電極２２（一般的には反応性イオンエッチング用）のいずれかに接続される。他の電極は第２電源に接続できるが、そうでなければ、電気的に接地してもよい。ＲＦ電源は、アノード電極とカソード電極との間にＲＦ電圧を提供し、チャンバ内のガスをプラズマ状態へと励起する。
【００１４】
静電結合に代わるものとして、プラズマを形成する目的でチャンバ内のガスにエネルギを結合するために、あらゆるその他の従来手段を使用してもよい。例えば、ＲＦ出力が、アンテナ又は誘導コイルによってチャンバ内部へ結合されてもよく、又は、マイクロ波出力が、チャンバに接続されたマイクロ波導波管を通じて結合されてもよい。アンテナ又は誘導コイルによるＲＦ結合は、本出願人に譲渡された、ハナワに対して９／１２／９５に付与された米国特許第５，４４９，４３２号、イン（Ｙｉｎ）他に対して７／３０／９６に付与された第５，５４０，８２４号、コリンズ他に対して９／１７／９６に付与された第５，５５６，５０１号、フェアバーン他に対して３／２５／９７に付与された第５，６１４，０５５号、クィアン（Ｑｉａｎ）他に対して１１／４／９７に付与された第５，６８３，５３９号、コリンズに対して１／１３／９８に付与された第５，７０７，４８６号、イェ（Ｙｅ）他に対して１／２０／９８に付与された第５，７１０，４８６号、リー他に対して６／３０／９８に付与された第５，７７２，７７１号、及び、マ（Ｍａ）他に対して７／２１／９８に付与された第５，７８３，１０１号に説明されている。マイクロ波プラズマ供給装置は、ワタタニ他に対して４／１５／９７に付与された米国特許第５，６２０，５２６号、及び、本出願人に譲渡された、シャンに対して１１／４／９７に付与された米国特許第５，６８３，５１７号、シャン他に対して１２／３０／９７に付与された第５，７０２，５３０号、シャング他に対して８／４／９８に付与された第５，７８８，７７８号、及び、モリタに対して８／６／９６に付与された第５，５４３，６８８号に説明されている。この段落で特定された特許の開示内容は、本特許明細書の中に引用により援用されている。
【００１５】
チャンバ内でプラズマに露出されるチャンバ構成要素の表面は、一般的に、プラズマチャンバ作動の間、腐蝕又は有害な残留物の蓄積に見舞われる。主要なチャンバ構成要素を清掃又は交換する必要性を最小にするために、そのような構成要素は、一般に、清掃又は交換のために簡単に取り外しができるライナ又はシールドによって覆われる。特に、図１に示す好ましい実施形態においては、チャンバ側壁１２は、外側ライナ又は外側シールドとも称される第１の円筒形ライナ又はシールド３６によって覆われる。サセプタ２２の円筒形外壁は、内側ライナ又はサセプタシールドとも称される第２の円筒形ライナ又はシールド３８によって覆われる。更に、被加工物のシールド・リング２４は、ウェーハ２０の外周の外側であるサセプタ上面の一部分の上に置かれ、その上面を覆っている。
【００１６】
内側ライナ３８は、内側ライナ３８の下端から半径方向外側に延長し、チャンバ底壁１４上にある環状フランジ４０を含む。フランジ４０は、チャンバ底壁表面を覆って保護するが、さもないと底壁は、排気マニホルド３０の内部に露出されるであろう。内側ライナ３８は、外側誘電体ライナ３６の重量によって所定位置に保持される。Ｏリング３７は、内側及び外側ライナ間に密封を形成する。
シールド３６、３８、及び、２４の各々は、プラズマによる、及び、チャンバ内での使用が見込まれるガスの化学的性質による腐蝕に耐えなければならない。反応性イオンエッチングに使用される図示のプラズマチャンバにおいては、外側及び内側ライナ３６及び３８は、陽極酸化アルミニウムであり、被加工物シールド・リング２４は、石英である。
【００１７】
しかしながら、フランジ４０の底面は、陽極酸化と言うよりもむしろ裸アルミニウムである。裸アルミニウムは、内側ライナ３８及び電気的に接地されたチャンバ底壁１４間に常に良好な電気的接触をもたらし、その結果、フランジ４０の陽極酸化底面がばらばらな電気的接触をもたらした場合に起こり得るであろうものに比べて、チャンバ内で実行されるより一貫した性能の半導体製造処理を提供する。代替的に、以下に説明されるように、誘電体材料のサセプタ・シールドを組み立てることが必要な場合がある。その場合には、内側ライナとの間の電気的接触が首尾一貫しないという問題は何も生じないであろう。
【００１８】
Ｏリング３７は、外側及び内側シールド３６及び３８に付着する可能性があり、シールドを交換する場合にそれらを分離しにくくする。そのような場合、その付着は、薄いアルミニウムリング（図示せず）をＯリング３７と外側シールド３６の底部との間に配置することによって防ぐことができる。
外側及び内側シールド３６及び３８の表面に対する陽極酸化は、プラズマとシールドによって覆われる金属表面との間のＲＦ電流を幾分減少させる薄い誘電体をもたらす。プラズマを被加工物２０に隣接する領域に集中させるために、そのような電流の一層大きな減少が必要な場合がある。これは、シールド全体を陽極酸化アルミニウムではなく石英のような誘電体材料で製造することによって達成することができる。
【００１９】
内側ライナ３８と外側ライナ３６の下側半分とは、それぞれ環状排気マニホルド３０の内壁及び外壁として機能する。内側ライナ３８の底部における環状フランジ４０は、円筒形ポンピングチャンネル３２と一線に並んだ弧状開口４２を含み、排気ガスが環状排気マニホルドから、フランジ開口４２を通り、次に円筒形ポンピングチャンネル３２を通ってスロットルバルブ３４及びポンプ２８へ流れることを可能にする。
上述の様々なチャンバ構成要素は、本特許明細書の中にその全内容が引用により援用されている、シャン他に対して４／６／９９に付与され本出願人に譲渡された米国特許第５，８９１，３５０号においてより詳細に説明されている。
【００２０】
図示のチャンバの排気チャンネルは、環状排気マニホルド及び円筒形ポンピングチャンネルを含む。この環状排気マニホルドは、チャンバ内部と同軸であり、チャンバ内部のアジマスの全て又は殆どの周囲に広がる。円筒形ポンピングチャンネルは、１つのアジマス位置で排気マニホルドに連結される。従来のプラズマチャンバによっては、中間のポンピングチャンネルを何も有することなく直接的に排気ポンプに連結される環状排気マニホルドを含むものがある。他の従来式プラズマチャンバは、チャンバ内部のアジマス周囲に広がらないポンピングチャンネルのみを使用してポンプをチャンバ内部に連結する。本特許明細書においては、「排気チャンネル」又は「排気通路」という用語は、環状排気マニホルド又はポンピングチャンネル、又は、その２つの組み合わせのいずれかを含む。
【００２１】
２．排気チャンネル及びプラズマ閉じ込め用の磁石
図１〜図３に示す本発明の好ましい実施形態は、チャンバ内部のプラズマ本体が排気ポンプに到達するのを防止する上で相乗作用的に作動する２つの形態であるガス流デフレクタ４４及び４６、及び、磁石システム５０を使用する。
特に、排気マニホルド３０の内部は、排気ガスの全てを排気マニホルドを通って何の妨げもない真っ直ぐな流路に流すことを許す代わりに、排気ガスの少なくとも実質的な部分を横方向に偏向させる少なくとも１つのデフレクタ４４及び４６を含む。（「横方向」は、デフレクタがない場合にガスが流れるであろう流路の方向と直角であることを意味する。）
【００２２】
デフレクタは、ガス中の反応性核種がデフレクタ及びデフレクタ近くの排気マニホルドの壁と衝突する割合を増大させる、排気ガスの流れにおける乱流を作り出す。この衝突は、壁上に堆積を生成するように反応性核種間の表面反応を促進する。これは、そのような堆積を生成する傾向がある反応性核種の排気ガスを消耗させ、それによって、デフレクタ下流の排気ガスにおけるそのような反応性核種の濃度を大きく減少させるか又はそれを排除し、その結果、スロットルバルブ３４及びポンプ２８上の有害な堆積を大きく減少させるか又は排除する。
デフレクタはまた、そのような荷電粒子の再結合を促進するように、排気ガス中の荷電粒子の衝突割合を増大させ、その結果、排気ガス中の荷電粒子濃度を減少させる。
【００２３】
更に、磁石システム５０（以下に説明される構成部品５２〜５７を含む）は、デフレクタ近くの排気マニホルド内に磁界を発生させるために、デフレクタ４４及び４６の近くに配置される。磁界の有する実質的な成分は、マニホルドを通る排気ガス流の方向に対して横断する方向であることが好ましい。この磁界の横方向成分は、移動電子をそれらが正イオンと更に再結合しやすくなるように横方向に偏向し、その結果、排気ガス中の荷電粒子濃度を減少させる。
【００２４】
デフレクタ及び磁気システムの両方が排気ガス中の荷電粒子濃度を減少させるので、この２つを組み合わせて、デフレクタ及び磁石システム下流のプラズマを消滅させるのに十分なほど濃度を減少させることができる。特に、磁界及びデフレクタの結合効果によりチャンバ内のプラズマ本体がスロットルバルブ３４及び排気ポンプ２８に到達するのを防止するように、磁界は十分に強くなければならず、１つ又はそれ以上のデフレクタにより発生された乱流は、十分に大きくなければならない。
磁界が有するプラズマ閉じ込め効果は、磁界を使用しないでプラズマを阻止するのに必要とされるであろうものに比べて、より幅広い、及び／又は、曲がりがより少ない排気チャンネルの使用を可能にする。従って、プラズマ阻止を排気マニホルドの曲がりに全面的に依存する従来技術設計に比較して、排気チャンネル全体に亘る圧力降下を減少させることができる。
【００２５】
図１〜図３に示す好ましい実施形態においては、デフレクタは、マニホルドの壁から排気マニホルド３０のガス通路の中に延びる２つの同軸の環状突出４４及び４６で構成される。上部突出４４は、外側誘電体ライナ３６から半径方向内側に延び、下部突出４６は、内側誘電体ライナ又はカソード・シールド３８から半径方向外側に延びる。この２つの突出は、互いに半径方向に重なり合うために、いかなるガス部分も排気マニホルドを通って直線的に移動させず、その結果、排気ガス中の反応性核種が突出又は排気マニホルドの壁の何れかと衝突することになる可能性を最大にする。
【００２６】
「磁石システム」は、北極及び南極を有する磁気回路を形成するために、ゼロ、１つ、又は、それ以上の透磁性磁極片と組み合わせた１つ又はそれ以上の磁石として定義される。図１〜図３の好ましい実施形態においては、磁石システム５０は、環状排気マニホルド３０と同軸上に装着され、そのマニホルドの軸線に沿って間隔を空けて配置された２つの環状磁石５２及び５３で構成される。この２つの環状磁石は同一であるが、但し、第１（上部）の磁石５２は、その北極及び南極をそれぞれその半径方向外側及び内側端部に有し、一方、第２（下部）の磁石５３は、その北極及び南極をそれぞれその半径方向内側及び外側端部に有する点を除く。磁石システム５０はまた、２つの磁石の半径方向内側端部に当接してその間に延び、それによって磁路又は「磁気回路」を２つの磁石間に完成させるために、２つの磁石５２及び５３と同軸上に装着された円筒形の透磁性磁極片５４を含む。
従って、磁石システム５０の北極５６は、第１の環状磁石５２の北極、すなわち、磁極片５４に当接する極の反対の第１の磁石の極である。磁石システム５０の南極５７は、第２の環状磁石５３の南極、すなわち、磁極片５４に当接する極の反対の第２の磁石の極である。
【００２７】
磁石システム５０は、磁石システムの北極及び南極の端部５６及び５７が、突出の半径方向外側である排気マニホルド内のガス通路の狭い部分に可能な限り近くなるように、下部突出４６内に装着されるのが好ましい。磁石システムを排気マニホルド通路の最も狭い部分の近くに装着することは、排気ガスが受ける磁界の強さを最大にするのに必要である。
上記で説明した磁石システムの好ましい実施例は、図１〜図３に示されるようにＵ字形の断面を有し、「Ｕ」の基部は半径方向内側を指し、「Ｕ」の開放端部は半径方向外側を指す。より詳細には、磁石システムの形状は、Ｕ字形をした馬蹄形磁石のそれであり、チャンバの長手方向軸線の周囲を回転する。
【００２８】
図１において磁力線５８によって示す、このＵ字形磁石システムで発生される磁界パターンが、それが主として排気マニホルド通路内に集中されていることから必要とされている。この集中は、少なくとも２つの利点を有する。１つは、上述のように、排気ガスが受ける磁界の強さを最大にして、それにより磁石下流のプラズマを消滅させる上で磁石の効果を最大にするということである。
Ｕ字形磁石システムの第２の利点は、磁界の強さがチャンバの長手方向軸線に沿って急激に減少することであり、それによって磁界の強さが被加工物２０において低いことである。イオン衝撃又は帯電蓄積による被加工物損傷の危険性を最小にするために、被加工物における磁界の強さをできる限り弱くする必要があり、好ましくは５ガウスを超えず、より好ましくは、３ガウスを超えない強さである。磁石システムは、被加工物２０からできる限り距離をおいて磁石システムを配置するために、上部突出ではなく下部突出に装着され、それによって被加工物における磁界の強さを最小にする。
【００２９】
図１〜図３の実施形態の試験において、磁石５２及び５３の強さが下部突出４６と外側チャンバ・ライナ３６との間の空隙に亘って少なくとも１００ガウスの磁界を発生させるのに十分である場合に、突出４４及び４６、及び、磁石システム５０を組み合わせは、チャンバ内のプラズマを下部突出の下流に広がらないように巧く阻止することが見出された。この空隙の半径方向（水平）の幅は、０．５インチであった。プラズマが阻止されることの更なる保証の幅を提供するために、本発明の好ましい実施形態においては、磁石システム５０は、これよりも５０％強くされており、そのために、少なくとも１５０ガウスの磁界が空隙に亘って発生される。たとえこの強い磁石システムを使用しても、図示のチャンバにおいては、磁界の強さは、磁石システムから離れると十分急速に減少し、それによって被加工物位置２０における磁界の強さが、被加工物に対する損傷の危険性を回避する上で十分な低さであると考えられる、３ガウス未満であることが見出された。
【００３０】
図４は、磁石及び磁極片が図１〜図３の実施形態に比べて入れ替えられている代替の磁石システム６０を示す。特に、上部及び下部の環状部材６２及び６３は、磁石と言うよりもむしろ透磁性磁極片である。円筒形部材６４は、磁極片と言うよりはむしろ磁石であり、この円筒形磁石は、上部磁極片６２に当接するその長手方向軸線の上端において北磁極（Ｎ極）を有し、下部磁極片６３に接触するその軸線の下端において南磁極（Ｓ極）を有する。
可能な排気マニホルドの代替実施例では、プラズマ阻止を下部突出４６と磁石システム５０との組み合わせに依存することにより、上部突出４４を省略することができるであろう。
【００３１】
別の代替排気マニホルド設計では、下部突出４６（それは、内側ライナ３８から半径方向外側に延びる）を省略し、上部突出４４（それは、外側ライナ３６から半径方向内側に延びる）内に装着される、図５に示す変更磁石システム５１で置換するであろう。変更磁石システム５１のＮ極５６及びＳ極５７は、突出４４の半径方向内側の端部でガス通路に隣接していなければならない。これは、図３の磁石システムにおけるのと同じ磁石５２及び５３、及び、磁極片５４を使用することによって達成できるが、図５に示されるように、磁極片５４が、２つの磁石の半径方向内側の端部から半径方向外側の端部まで移動されている。
【００３２】
図６は、図５の磁石システム５１とは磁石及び磁極片が入れ替えられている点で異なる代替の磁石システム６１を示す。（図４の実施形態の上記議論を参照されたい。）
また、図７に示す排気マニホルドデザインが、それ以外の点では図１に示すチャンバと同一のプラズマチャンバで試験された。図７の排気マニホルドは、排気チャンネルの上部及び下部突出４４及び４６内に装着されたそれぞれ上部及び下部環状磁石６８及び６９を含む。上部磁石６８は、北極及び南極をその半径方向内側及び外側端部にそれぞれ有する。下部磁石６９は、北極及び南極をその半径方向外側及び内側端部にそれぞれ有する。その結果、上部磁石の北極及び南極は、下部磁石の南極及び北極に対して整列する。得られる磁界は、磁力線７０によって示されるが、排気マニホルドチャンネル又は２つの突出間の通路の領域に強く集中される。図１の実施形態の上記議論で説明したように、そのような集中は、排気ガスが受ける磁界の強さを最大にする、及び、被加工物２０における磁界を最小にするために必要である。
【００３３】
上部及び下部突出４４及び４６の間で異なる空隙を有する図７の実施形態の試験を容易にするために、本発明の試作品は、外側誘電体ライナ３６の下に環状の誘電体スペーサ７２が含められた。厚めのスペーサ７２に交換することによって、上部突出４４の高さを増大させることができ、その結果、２つの突出間の空隙を増大させることができた。試験した全てのスペーサ厚みに対して、同じ磁石６８及び６９が使用された。従って、厚めのスペーサに交換した場合、空隙の増大と、空隙における磁界の強さの低減との両方が行われた。
【００３４】
これらの試験において、上部及び下部突出間の空隙が０．５インチ又はそれ以下であり、その空隙の磁界の強さが少なくとも１００又は１５０ガウスである場合に、プラズマが下部突出の下へ広がらないように首尾よく阻止されることが見出された。また、図示のチャンバにおいて、磁界の強さは、磁石から離れると十分急速に減少し、そのために被加工物２０の位置での磁界の強さが、被加工物に対する損傷の危険性を回避する上で十分に低いと考えられる、３ガウス未満であったことが見出された。しかし、２つの突出間の空隙をそれよりも広げ、従って空隙内のより低い磁界の強さで試験した場合、プラズマが上手く阻止されなかったことが見出された。
【００３５】
図７のデザインのように２つの突出内に磁石を装着するには、図１のデザインのようにただ１つの突出に磁石を装着するのに比較して、より多くの製造作業を必要とするので、現在のところ図１の実施形態が好ましい。
外側誘電体ライナ３６を省略する代替実施例においては、チャンバ側壁は、環状排気マニホルドの外壁として機能することができるであろう。また、このチャンバ壁は、内側に延びる突出４４を含むことができると考えられる。
【００３６】
排気マニホルドの別の代替実施形態では、１つの突出及びそれに対応する磁石が図７の実施形態から省略されるであろう。上部突出４４及び上部磁石６８が省略された以外は図７に示すものと同一である試作品が試験された。この試作品は、プラズマが下部突出の下へ広がらないように首尾よく阻止したが、被加工物における磁界が強くて有害であると考えられた。しかしながら、この実施形態は、被加工物がイオン衝撃又は帯電蓄積による損傷に対して過度には影響されない半導体製造処理における使用には適する可能性があり得る。
【００３７】
より一般的には、デフレクタ４４及び４６は、排気チャンネルの壁から延びる１つ又はそれ以上の突出である必要はなく、排気ガス中で十分な乱流を生じさせるものであれば、排気チャンネル内の任意の構造体とすることができる。上述の通り、そのような乱流は、荷電粒子の再結合を促進して乱流の下流側のプラズマを消滅させるのを補助することになり、それは、反応性核種間の表面反応を促進することになり、それにより、反応生成物が下流のポンピング構成要素２８及び３４上ではなく、デフレクタ近くの表面上に堆積されることになる。
このデフレクタ及び磁石システムは、好ましい実施形態においては環状排気マニホルドに装着されてはいるが、ポンピングチャンネル３２のような排気チャンネルのいかなる部分にも装着することができる。
【００３８】
勿論、磁石システムと排気チャンネル内部との間のあらゆる材料は、磁界の排気ガスへの到達を妨げることを避けるために、非磁性でなければならない。上述の通り、好ましい実施形態においては、磁石システムが装着される突出は陽極酸化アルミニウムである。
磁石システムが、排気チャンネルを通るガス流を横断する方向に十分な強さの磁界を発生させる場合、そのような磁界は、プラズマが磁石システム下流の排気ポンプへ広がるのを、排気チャンネルにいかなるデフレクタも必要とせずに阻止することができる。従って、そのような強力な磁石システムを有する本発明の代替実施形態においては、デフレクタは完全に省略できる。
【００３９】
チャンバのアジマス周りの排気ガス流量を等しくするには、ポンピングチャンネルのアジマス近くの排気マニホルドの半径方向幅を若干減少させ、反対側のアジマス、すなわち、ポンピングチャンネルから１８０度離れたアジマス近くのその半径方向の幅を若干増大させることが好ましい。
磁界の方向は、本発明の実施に影響を与えることなく反転することができる。従って、北極及び南極に対する全ての言及は入れ替えることができる。
【００４０】
図示のプラズマチャンバは、単一の円形半導体ウェーハ処理を意図しているために円対称性を有する。多数の基板又は矩形基板を処理するためのチャンバのような、他の幾何学形状を有するプラズマチャンバにおいては、デフレクタ及び磁石システムのような本発明の構成要素は、矩形又はより複雑な幾何学形状を有することが予期されるであろう。「環状」とい用語は、本特許明細書において使用される場合、その説明された形状を円形の内周又は外周を有するものに限定するように意図されておらず、矩形形状及び更に複雑な形状を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明により環状突出内に埋め込まれた環状Ｕ字形磁石システムを有する排気マニホルドを備えたプラズマ・エッチング・チャンバの平面図である。
【図２】
図１のチャンバにおける磁石システム及び環状突出の詳細を示す図である。
【図３】
半径方向外側に向いた磁極を有する環状Ｕ字形磁石システムの全体図である。
【図４】
磁石及び磁極片が図３の実施形態と比較して入れ替えられた磁石システムの全体図ある。
【図５】
半径方向内側に向いた磁極を有する環状Ｕ字形磁石システムの全体図である。
【図６】
磁石及び磁極片が図５の実施形態と比較して入れ替えられた磁石システムの全体図ある。
【図７】
本発明により２つの環状突出内にそれぞれ埋め込まれた２つの環状磁石を有する排気マニホルドの詳細平面図である。

Claims (31)

1. チャンバ内部を囲む真空チャンバエンクロージャと、
   ガスを前記チャンバ内部に入れるためのガス吸気開口と、
   前記ガスの少なくとも一部分を励起して前記チャンバ内部でプラズマを発生させるために、前記ガスにエネルギを結合するためのプラズマ励起電源と、
   排気ポンプと、
   前記チャンバ内部から前記排気ポンプへのガス流のための経路を形成するために、前記チャンバ内部と前記排気ポンプとの間に延びる排気チャンネルと、
   前記排気チャンネルを通る前記ガス流に乱流を作り出すために、前記排気チャンネル内に配置されるデフレクタと、
   前記デフレクタに隣接して配置されたＮ極及びＳ極を有する磁石システムと
   を含むことを特徴とするプラズマチャンバ。
2. 前記磁石システムは、前記プラズマが前記チャンバ内部から前記排気ポンプまで広がることを阻止するのに十分な強さの磁界を発生させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマチャンバ。
3. 基板を前記チャンバ内部の基板位置に保持するためのチャックを更に含み、
   前記磁石システムは、前記磁石システムが前記基板位置において５ガウスを超える磁界を発生させないように、前記基板位置から十分遠くに配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマチャンバ。
4. 前記磁石システムは、環状形を有し、前記排気チャンネルと同軸上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマチャンバ。
5. 前記Ｎ極及び南磁極は、前記ガス流路に沿って間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマチャンバ。
6. 前記Ｎ極及びＳ極は、前記ガス流路を横断する磁界を発生させるために、前記ガス流路の各反対端に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマチャンバ。
7. チャンバ内部を囲む真空チャンバエンクロージャと、
   ガスを前記チャンバ内部に入れるためのガス吸気開口と、
   前記ガスの少なくとも一部分を励起して前記チャンバ内部でプラズマを発生させるために、前記ガスにエネルギを結合するためのプラズマ励起電源と、
   排気ポンプと、
   前記チャンバ内部から前記排気ポンプへのガス流のための経路を形成するために、前記チャンバ内部と前記排気ポンプとの間に延びる排気チャンネルと、
   前記排気チャンネルを通る前記ガス流の実質的な部分を横方向に偏向させるために、前記排気チャンネル内に配置されるデフレクタと、
   前記デフレクタに隣接して配置されたＮ極及びＳ極を有する磁石システムと
   を含むことを特徴とするプラズマチャンバ。
8. 前記排気チャンネルは、
   前記チャンバ内部と流体連通している吸気開口と、
   前記ポンプと流体連通している排気開口と、
   前記吸気開口と前記排気開口との間に延びる少なくとも第１の壁と
   を含み、
   前記デフレクタは、前記排気チャンネルの前記第１の壁から前記排気チャンネルの中に延びる突出を含んで、前記突出に隣接する前記排気チャンネルの横方向の幅を減少させ、
   前記磁石システムの前記Ｎ極及びＳ極は、前記突出内に配置される
   ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマチャンバ。
9. 前記ポンプは、前記チャンバ内部から前記排気チャンネル内のガス流路を通って前記ポンプに至るガスの流れを作り出し、
   前記Ｎ極及びＳ極は、前記ガス流路に沿って間隔を空けて配置される
   ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマチャンバ。
10. 前記磁石システムは、前記プラズマが前記チャンバ内部から前記排気チャンネルを通って前記突出を越えて広がることを阻止するのに十分な強さの磁界を発生させることを特徴とする請求項８に記載のプラズマチャンバ。
11. 基板を前記チャンバ内部の基板位置に保持するためのチャックを更に含み、
    前記磁石システムは、前記磁石システムが前記基板位置において５ガウスを超える磁界を発生させないように、前記基板位置から十分遠くに配置される
    ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマチャンバ。
12. 前記突出は、環状形を有し、前記排気チャンネルと同軸上に配置され、
    前記磁石システムは、環状形を有し、前記排気チャンネルと同軸上に配置される
    ことを特徴とする請求項８に記載のプラズマチャンバ。
13. チャンバ内部を囲む真空チャンバエンクロージャと、
    ガスを前記チャンバ内部に入れるためのガス吸気開口と、
    前記ガスの少なくとも一部分を励起して前記チャンバ内部でプラズマを発生させるために、前記ガスにエネルギを結合するためのプラズマ励起電源と、
    排気ポンプと、
    前記チャンバ内部と流体連通している吸気開口、
    前記ポンプと流体連通している排気開口、及び
    前記吸気開口と前記排気開口との間に延びる少なくとも第１の壁
    を含む排気チャンネルと、
    前記第１の壁に隣接して配置されたＮ極及びＳ極を有する磁石システムと
    を含み、
    前記磁石システムに隣接する他のいかなる磁石をも含まない
    ことを特徴とするプラズマチャンバ。
14. 前記ポンプは、前記チャンバ内部から前記排気チャンネル内のガス流路を通って前記ポンプに至るガスの流れを作り出し、
    前記Ｎ極及びＳ極は、前記ガス流路に沿って間隔を空けて配置される
    ことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマチャンバ。
15. 前記Ｎ極及びＳ極は、前記第１の壁の第１の区域に隣接し、
    前記磁石システムは、前記プラズマが前記チャンバ内部から前記排気チャンネルを通って前記第１の区域を越えて広がることを阻止するのに十分な強さの磁界を発生させる
    ことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマチャンバ。
16. 基板を前記チャンバ内部の基板位置に保持するためのチャックを更に含み、
    前記磁石システムは、前記磁石システムが前記基板位置において５ガウスを超える磁界を発生させないように、前記基板位置から十分遠くに配置される
    ことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマチャンバ。
17. 軸線方向に相対する第１及び第２の端部を有する円筒形の透磁性磁極片と、
    半径方向内側及び外側の端部にそれぞれ北極及び南極を有し、前記磁極片の前記第１の端部に当接するように前記磁極片と同軸上に配置された環状の第１の磁石と、
    半径方向内側及び外側の端部にそれぞれ南極及び北極を有し、前記磁極片の前記第２の端部に当接するように前記磁極片と同軸上に配置された環状の第２の磁石と、
    を含むことを特徴とする磁石システム。
18. 前記第１の磁石の前記外側端部、及び、前記第２の磁石の前記外側端部は、前記磁極片に接触することを特徴とする請求項１７に記載の磁石システム。
19. 前記第１の磁石の前記内側端部、及び、前記第２の磁石の前記内側端部は、前記磁極片に当接することを特徴とする請求項１７に記載の磁石システム。
20. 前記排気チャンネルは、環状形を有し、
    前記第１の壁は、前記排気チャンネルの半径方向内側の境界を形成する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の磁石システム。
21. 前記排気チャンネルは、環状形を有し、
    前記第１の壁は、前記排気チャンネルを取り囲む
    ことを特徴とする請求項１７に記載の磁石システム。
22. 前記排気チャンネルは、ほぼ円筒形の形状を有し、
    前記第１の壁は、前記排気チャンネルを取り囲む
    ことを特徴とする請求項１７に記載の磁石システム。
23. 磁石の軸方向に相対する端部に北極及び南極を有する円筒形磁石と、
    形状が環状であり、前記磁石の前記北極と当接するように前記磁石と同軸上に配置された第１の透磁性磁極片と、
    形状が環状であり、前記磁石の前記南極と当接するように前記磁石と同軸上に配置された第２の透磁性磁極片と、
    を含むことを特徴とする磁石システム。
24. 前記第１の磁極片は、前記磁石の前記北極に当接する半径方向外側の端部を有し、
    前記第２の磁極片は、前記磁石の前記南極に当接する半径方向外側の端部を有する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の磁石システム。
25. 前記第１の磁極片は、前記磁石の前記北極に当接する半径方向内側の端部を有し、
    前記第２の磁極片は、前記磁石の前記南極に当接する半径方向内側の端部を有する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の磁石システム。
26. プラズマチャンバ内のプラズマが、チャンバの排気チャンネルを通って排気ポンプまで広がることを防ぐ方法であって、
    チャンバ内部を囲む真空チャンバエンクロージャを準備する段階と、
    ガスを前記チャンバ内部に入れる段階と、
    前記ガスの少なくとも一部分を励起して前記チャンバ内部にプラズマを発生させるために、前記ガスにエネルギを結合する段階と、
    前記チャンバ内部から排気ポンプまでのガス流の経路をもたらすために、前記チャンバ内部及び排気ポンプ間に延びる排気チャンネルを形成する段階と、
    前記排気チャンネルを通る前記ガス流に乱流を作り出すために、前記排気チャンネル内にデフレクタを配置する段階と、
    前記ガス流路を横断する実質的な成分を有する磁界を前記排気チャンネル内に作り出す段階と
    を含むことを特徴とする方法。
27. 前記作り出す段階は、
    前記プラズマが前記チャンバ内部から前記排気ポンプまで広がるのを阻止するのに十分な強さを有する前記磁界を作り出す段階
    を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 基板を前記チャンバ内部の基板位置に保持する段階
    を更に含み、
    前記作り出す段階は、前記磁界が前記基板位置において５ガウスを超えないように前記排気チャンネルから前記基板位置まで十分に減少する強さを有する前記磁界を作り出す段階を含む
    ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
29. 前記作り出す段階は、
    環状の磁石システムを前記排気チャンネルと同軸上に配置する段階
    を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 前記作り出す段階は、
    前記磁石システムのＮ極及びＳ極が前記ガス流路に沿って間隔を空けて配置されるように、磁石システムを前記排気チャンネルに隣接して配置する段階
    を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
31. 前記作り出す段階は、
    前記磁石システムのＮ極及びＳ極が前記ガス流路の各反対側に配置されて前記ガス流路を横断する磁界を発生させるように、磁石システムを前記排気チャンネルに隣接して配置する段階
    を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。

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