JP2005514762A

JP2005514762A - 加工物をプラズマ処理するための磁気フィルタを備える方法および装置

Info

Publication number: JP2005514762A
Application number: JP2003555541A
Authority: JP
Inventors: キュオン、ビル
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2005-05-19
Also published as: WO2003054912A1; US20040219737A1; AU2002366943A1

Abstract

【課題】加工物をプラズマ処理するための磁気フィルタを備える方法および装置
【解決手段】プラズマ処理装置は、ガスソース材料を装置のソース領域に噴射するためのソースガス噴射装置と、ソースプラズマを発生するためにエネルギーをソース材料へ送るためのプラズマ発生装置と、ガス処理材料を装置の処理領域へ噴射するための処理ガス噴射装置とを含んでいる。磁気フィルタアセンブリは、処理領域に処理プラズマを発生するべく、ソースプラズマからガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するために、ソース領域と処理領域とのほぼ間に磁界を設ける。ソースプラズマと接触した状態のソース電極は、ソースプラズマの電位を制御する。電極は、加工物を支持し、荷電粒子が加工物に衝突するように処理プラズマからの荷電粒子を加工物の方へ向って引き付けるために電位を発生する。

Description

発明の分野

本発明は、例えば、加工物への材料の蒸着、あるいは、加工物からの材料のエッチングに使用されることができるタイプのプラズマ処理システムに関する。本発明は、より詳細には、加工物を処理するのに使用されるプラズマの特性を改良する方法および装置に向けられている。

発明の背景

本出願は、２００１年１２月２０日出願の米国仮出願第６０／３４１，２６０号の出願日に基づいて、その恩典を得るものであり、その内容は、参照により完全にここに組み込まれる。
処理プラズマは、加工物を処理する（すなわち、加工物から材料を取り除くか、あるいは、加工物に材料を蒸着する）のに使用されることができる荷電粒子とラジカルとの集合体である。処理プラズマは、集積回路（ＩＣ）装置、フラットパネルディスプレイおよび他の製品の製造に使用される。処理プラズマは、例えば、ＩＣ製造の間、半導体ウエハの形状の加工物から材料をエッチングする（すなわち、取り除く）、あるいは、半導体ウエハの形状の加工物に材料をスパッタする（すなわち、蒸着する）のに使用されることができる。

反応性処理プラズマは、処理ガスをプラズマチャンバへ導入し、次に、そのガスをイオン化して、解離することによって発生されることができる。このチャンバ内で発生されるプラズマは、加工物の処理の間に加工物に衝突する。工業用のプラズマ処理操作の品質および効率は、処理プラズマの特性および処理プラズマを発生する方法を改良することによって向上されることが可能である。

本発明は、加工物をプラズマで処理する方法および装置を提供する。この装置の例示的な実施形態は、ガスソース材料（ｇａｓｅｏｕｓｓｏｕｒｃｅｍａｔｅｒｉａｌ）を装置のソース領域へ噴射するように構成され、配置されたソースガス噴射装置と、このソース領域にプラズマ発生と関係し取り付けられるプラズマ発生装置とを含む。このプラズマ発生装置は、ソースプラズマを発生するべく、エネルギーをソース領域のガスソース材料に送るように構成され、配置されている。この装置は、ガス処理材料（ｇａｓｅｏｕｓｐｒｏｃｅｓｓｍａｔｅｒｉａｌ）を装置の処理領域へ噴射するように構成され、配置された処理ガス噴射装置と、処理領域に処理プラズマを発生するべく、ソースプラズマから処理ガス材料への荷電粒子の流れを制御するためにソース領域と処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように構成され、配置された磁気フィルタアセンブリとを含む。ソース電極は、ソースプラズマと接触した状態であり、ソースプラズマの電位を制御するように構成され、配置されている。この装置は、荷電粒子がその加工物に衝突するように加工物を支持するための支持構造を含む。

加工物を処理する例示の方法は、ソースプラズマを発生することと、処理ガスを供給することと、処理ガスから処理プラズマを発生するために、かつ、処理プラズマの特性を制御するために、ソースプラズマから処理ガスへの荷電流子の流れを制御することと、処理プラズマからの荷電粒子と加工物を衝突させることとを含む。

図１は、本発明の原理により構成されたプラズマ処理装置１２を含むプラズマ処理システムの一例の概略図を示している。このプラズマ処理装置１２は、図２の分離図に概略的に示されている。プラズマ処理装置１２は、内部エリア１６を有する反応チャンバ１４を含む。この内部エリア１６は、ソースプラズマ２０（図２を参照）を含有して支持するソース領域１８と、処理プラズマ２４を含有して支持する処理領域２２とを含む。

螺旋形状の、あるいは、コイル形状の無線周波数（ＲＦ）アンテナ２６の形をとるプラズマ発生装置は、反応チャンバ１４の上に取り付けられている。図１および図２の例示的な実施形態には、変成器結合プラズマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｏｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａ：ＴＣＰ）チャンバおよびアンテナ２６が、螺旋アンテナ、あるいは、螺旋部材２６の形をとっている。この螺旋部材２６は、ソースプラズマ２０を発生するために、エネルギーをソース領域１８内のガスソース材料へ送るように構成され、配置されている。螺旋部材２６は、ソース領域１８に誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）を発生するように作用されることができる。螺旋部材２６は、マッチングネットワーク３０を介して電源２８と電気的に接続した状態であるのがよい。この電源２８は、ＲＦパワー信号を送ることが可能である。マッチングネットワーク３０は、電源２８から螺旋部材２６へ伝達されるパワーを最大にするために、ＲＦ電源２８と螺旋部材２６との間に挿入されることができ、それによって、螺旋部材２６からソースプラズマ２０へ伝達されるパワーを最大にする。

螺旋部材２６は、反応チャンバ１４の上に取り付けられたシールド構造３２によって被覆されることができる。このシールド構造３２は、励起された螺旋部材２６のシールドをもたらすのに適切な材料（例えば、導体材料などの）から構成されることができる。シールド構造３２は、さらに、電源２８から螺旋部材２６へのパワー伝達の効率を向上させることができる。螺旋部材２６は、さらに、励起された螺旋部材２６によって生成されるＲＦパワーを反応チャンバ１４のソース領域２０へ送ることを容易にするために、誘電材料から構成されることができる支持構造３４に取り付けられることができる。より詳細には、反応チャンバ１４の頂部壁は、支持構造３４を備える誘電材料によって被覆される開口を含む。支持構造３４は、この開口を密封し、真空が、反応チャンバ１４の内部エリア１６に生成されることを可能にし、ＲＦパワーが、その内部エリア１６に入ることを可能にする。励起された螺旋部材２６は、比較的高い均一な密度を有する誘電結合ソースプラズマ２０を生成するために、エネルギーをソース領域１８内のガスソース材料に送るように作用されることができる。

反応チャンバ１４は、アルミニウムなどの適切な金属材料から構成されることができる外壁４０を含む。反応チャンバ１４は、ソース領域１８と処理領域２２とを少なくとも部分的に囲む１つ以上の外側の側壁部を含む。この壁４０は、プラズマ処理の間、大地電位と電気的に接続した状態であるのがよい。

プラズマ電位制御電極３６の形をとるソース電極は、反応チャンバ１４内に取り付けられ、ソースプラズマ２０の電位を制御する。この電位制御電極３６は、反応チャンバ１４の壁４０から電極３６を電気的に分離する電気的不導電性構造である絶縁体支持体（ｉｓｏｌａｔｏｒｓｕｐｐｏｒｔ）３８の上に取り付けられる。電極３６は、マッチングネットワーク４４を介してＲＦ電源４２と電気的に接続した状態である。このマッチングネットワーク４４は、プラズマ電位制御電極３６によってソースプラズマ２０に伝達されるパワーを最大にするために、ＲＦ電源４２と電極３６との間に挿入されることができる。電極３６は、ソースプラズマと実質的に接触した状態の少なくとも１つの表面を含む。

チャック電極４６の形をとる電極アセンブリは、螺旋部材２６が取り付けられるチャンバ１４の一方側に対しチャンバ１４の対向する側に取り付けられる。このチャック電極４６は、加工物４８（例えば、半導体ウエハでよい）を支持するように機能するチャンバ内に支持構造をもたらす。チャック電極４６はまた、励起されて、荷電粒子が加工物４８に衝突するように処理プラズマ２４からの荷電粒子を加工物４８の方へ向って引き付ける電位を生成し、加工物４８から材料をエッチングしたり、あるいは、加工物４８に材料をスパッタする。例示のチャック電極４６は、処理領域２２の方へほぼ向ったり、処理領域２２から離れるように動くために反応チャンバ１４内に可動に取り付けられ、チャンバ１４の処理領域に支持された処理プラズマと加工物との間の間隔を調節する。より詳細には、チャック電極４６は、フレキシブルな蛇腹構造５０内に密封される機械的アセンブリ（図示せず）によって支持され、そのために、チャック電極４６および加工物４８は、プラズマ処理操作の前に、あるいは、間に、軸方向に可動である。チャック電極４６は、パワー伝達を最大にするために、マッチングネットワーク５４を介して電源５２と電気的に接続した状態であるのがよい。

例示のチャック電極４６は、ＲＦ電源５２と電気的に接続した状態の電極である。このチャック電極４６は、プラズマ処理操作の間、地電圧、あるいは、ＲＦバイアスを有することがある。チャック電極４６への電気通路は、さらに、チャック電極４６を介してパワー伝達を最適にするのに使用されることができるインピーダンスマッチングネットワーク５４を備えることができる。チャック電極の電気バイアスは、当業者には周知である。

装置１２は、ソースガス噴射装置５６と処理ガス噴射装置６０とを含む。処理ガス噴射装置５６は、ソース領域１８へ噴射される１つ以上のガスを供給するように動作するソースガス供給システム５８に結合されている。ソースガス噴射装置５６は、螺旋部材２６の付近の反応チャンバ１４に取り付けられ、１つのソースガス（または複数のガス）をソース領域１８へ噴射するように動作可能である。ソースガス噴射装置５６の例は、ほぼ還状の構造である。ソースガス噴射装置５６は、一般に、螺旋部材２６の周辺（すなわち、３６０°）まわりに取り付けられることができ、（螺旋部材２６の３６０度周辺まわりに）噴射するように動作することができ、図２において方向矢印Ｇｓによって表示されるようにソース領域１８の中央の方に向って１つ以上のソースガスを分配することができる。ソースガス材料は、例えば、キャリアガス（アルゴンなどの）および／またはエッチングガスを含むことができる。

処理ガス噴射装置６０は、例えば、図２に示されるように、互いに等しい一定の間隔がおかれることができ、反応チャンバ１４全体にわたって取り付けられることができるチューブ６２の配列を含む。複数のチューブ６２は、処理ガス供給システム６４に結合される。この供給システム６４は、反応チャンバ１４の処理領域への噴射のために１つ以上の処理ガスを供給することができる。各ガス噴射チューブ６２は、図２において方向矢印Ｇｐによって表示されるように、ガス処理材料を反応チャンバ１４の処理領域２２の方へ向けるように方向付けられる１つ以上のガス出口開口（図示せず）を含む。チューブ６２の配列は、処理領域２２の１つの処理ガスまたは複数の処理ガスを分配する例示の反応チャンバ１４にガス出口開口の相称的配列、あるいは、別の相称的構成、または、非相称的構成を設けることができる。シリコンから構成されることができるカバー構造６６は、チューブ６２の配列に近接して、チューブ６２とチャック電極４６との間に取り付けられることができ、プラズマ衝撃からガス分配チューブを保護する。

選択された１つのガス（または複数のガス）は、例えば、チャンバ１４を一掃するために、あるいは、チャンバ内部１６におけるプラズマ組成のためにそれぞれに１つのガスまたは複数のガスとしての機能を果たすために、ソースガス噴射装置５６および／または処理ガス噴射装置６０に供給されることができる。プラズマ処理装置１２は、真空ラインを介してプラズマチャンバ１４に結合された真空システム７２を含む。この真空システム７２は、反応チャンバ１４の内部エリア１６からガスを除去するために、図２の概略図に示されるように、ガス出口開口７４を介して反応チャンバ１４に結合されることができる。

磁気フィルタアセンブリ６８は、プラズマ電位制御電極３６と処理ガス噴射装置６０とのほぼ間の反応チャンバ１４内に取り付けられる。以下に詳細に考慮されるように、この磁気フィルタアセンブリ６８は、処理領域２２に処理プラズマ２４を発生するべく、ソース領域１８のソースプラズマ２０から処理ガスへの荷電粒子の流れを制御するために、ソース領域１８と処理領域２２とのほぼ間に磁界を設ける。この磁界アセンブリ６８は、永久磁石、電磁石、あるいは、両方の組合せを含むことができる。磁気フィルタアセンブリは、以下に詳細に考慮されている。磁気フィルタアセンブリ６８は、ＤＣ電流か、ＲＦ電流かのいずれかを磁気フィルタアセンブリ６８に供給することができる電源７０と電気的に接続した状態である。

螺旋部材２６および電極３６、４６は、冷却システム７６から、螺旋部材２６および／または各電極３６、４６と連結される１つ以上の流体チャンバ（図示せず）を通って、次に、冷却システム７６に戻って循環する流体によって独立して冷却されることができる。

プラズマ処理装置１２は、任意に、複数の電極の形をとる複数の電圧探針（図示せず）を含むことができる。各電極は、ＲＦ電源２８、４２、５２または７０と、その関連装置２６、３６、４６または６８との間のそれぞれの送電ラインに静電結合されることができる。例示の電圧探針は、同一人に譲渡された係属米国特許第６０／２５９，８６２号（２００１年１月８日出願）に詳細に記述されており、この出願は、参照により完全にここに組み込まれる。プラズマ処理装置１２は、任意に、プラズマの分光および／または光学特性に基づきプラズマ特性および状態を測定するための光学探針７８を含むことができる。

例示の装置１２は、さらに、装置１２の様々なコンポーネントに電気的に接続した状態の制御システム８０を含み、装置１２の様々なコンポーネントをモニタおよび／または制御する。この制御システム８０は、ガス供給システム５８、６４と、真空システム７２と、冷却システム７６と、電圧探針（図示せず）と、光学探針７８と、各ＲＦ電源２８、４２、５２、７０と電気的に接続した状態であり、それらの作用を制御するようにプログラムされることができる。マッチングネットワーク３０、４４、５４は、任意に、制御システム８０に結合され、制御システム８０によって制御されることができる。そのうえ、チャック電極４６のための電子−機械的に作用される並進運動ステージ５０は、制御システム８０からの命令によって作用され、制御されることが可能である。

制御システム８０は、制御信号をシステムコンポーネント５８、６４、７２、７６、７８、２８、４２、５２、７０、３０、４４、５４、５０および電圧探針へ送信したり、入力信号（例えば、フィードバック信号）をそれらから受信することができる。制御システム８０は、加工物のプラズマ処理を監視して、制御することができる。はっきりと理解できるなるように、磁気フィルタアセンブリ６８が１つ以上の電磁石を含む場合、制御システム８０は、各電磁石にパワーを供給する電源を制御するようにプログラムされることができ、それによって、ソースプラズマから処理領域への荷電粒子、特に、電子の通過、あるいは、「フィルタリング」を制御する。図１は、磁気フィルタアセンブリ６８と電気的に接続した状態の単一の電源７０を示しているが、磁気フィルタアセンブリ６８が１つ以上の電磁石を含む場合、装置１２は、同じ数の電源を含むことができ、そのために、いくつかの実施形態において、磁気フィルタアセンブリの各電磁石が、それぞれ独立して制御可能な電源と電気的に接続した状態にできるということが理解される。

制御システム８０は、プロセッサと、このプロセッサによってアクセス可能なコンピュータメモリ（このメモリは、命令とデータとを格納するのに適し、例えば、ランダムアクセスメモリなどの一次メモリとディスクドライブなどの二次メモリとを含むことができる）と、プロセッサとのデータ通信のためのデータ入力および出力能力とを含むコンピュータシステムによってもたらされることができる。

本発明の方法は、例示のプラズマ処理システム１０を参照として示されることが可能である。プラズマ処理システム１０の作用は、図１を参照とすると理解できる。処理される加工物（あるいは、基板）４８は、チャック電極４６によって設けられる支持表面に配置される。制御システム８０は、真空システム７２を稼動し、これは、最初、チャンバ１４の真空完全性と清潔性とを確実とするために、プラズマチャンバ１４の内部エリア１６の圧力を基準圧力（一般に、１０^−７Ｔｏｒｒ〜１０^―４Ｔｏｒｒ）に下げる。制御システム８０は、次に、ソースプラズマを形成するのに、そして、プラズマで加工物４８を処理するのに適するレベルにチャンバ圧力を高める（適切な内部圧力は、例えば、約１ｍＴｏｒｒ〜約１０００ｍＴｏｒｒの範囲でよい）。チャンバ内部１６における適切な圧力を確立するために、制御システム８０は、ガス供給システム５８および／または処理ガスソースシステム６４を稼動し、ガス噴射装置５６、６０それぞれを介して、ソースガスおよび／または処理ガスをチャンバ内部１６に規定された１つの流速（または複数の流速）で供給し、真空システム７２は、必要に応じて、ゲートバルブ（図示せず）を使用して流れを絞ることができる。

制御システム８０は、次に、ＲＦ電源２８、４２、５２、７０を稼動し、螺旋部材２６と、プラズマ電圧制御電極３６と、チャック電極４６と、磁気フィルタアセンブリ６８とにパワーを供給する。ＲＦ電源２８、４２、５２、７０は、選択された周波数（地電圧、あるいは、他の定電圧が印加される場合のゼロ周波数を含む）で、螺旋部材２６と、電極３６と、チャック電極４６と、磁気フィルタアセンブリ６８とに電圧を供給することができる。制御システム８０は、例えば、各電源によって送られる周波数および／または電圧の振幅を調節するために、プラズマ処理操作の間、ＲＦ電源２８、４２、５２、７０を独立して制御することができる。

ＲＦ電源２８は、ソースガスをソースプラズマへ変換するために、螺旋部材２６を励起するように作用されることができる。ソース領域１８のＩＣＰは、短くて、フラットな体積と比較的高い密度とを有する。ソースプラズマのプラズマ密度は、例えば、約１×１０^１２ｃｍ^−３〜約５×１０^１２ｃｍ^−３の範囲でよい。典型的な電子温度は、例えば、数電子ボルトであり、典型的な作用圧力は、例えば、１０代のｍＴｏｒｒの範囲内である。ソースプラズマのプラズマ電位は、例えば、１０代のボルト範囲内となる。オペレータ、あるいは、コントローラ８０は、電位制御電極３６に印加されるＤＣ、あるいは、ＲＦバイアス電圧を制御することによって、ソースプラズマの電位を制御することが可能である。複数の電極がプラズマと接触した状態であり、この複数の各電極が、プラズマと接触した状態の表面積と匹敵する量を有するとき、ソースプラズマは、最大の陽極の電位を呈する。電位制御電極３６が接地される場合、ソースプラズマは、大地電位よりもわずかに高い電位を帯びることがある。定常状態において、ソースプラズマから離れる総電子電流は、システム壁４０への総イオン電流によってバランスが保たれることができる。電位制御電極３６は、大地電位をかなり超える電圧にバイアスがかけられるとき、電位制御電極３６に引き付けられる電子電流が増大する。これが生じるとき、ソースプラズマからの総電子電流損失は、総イオン電流を超え、プラズマ電位は、電子電流およびイオン電流が、互いにほぼ等しい新しい定常状態が達成されるまで、増大することを余儀なくされる。このように、電位制御電極３６へのＤＣバイアスは、ソースプラズマのプラズマ電位を制御することが可能である。接地表面の面積が大きい場合、その接地表面にイオン電流を増大することにより、イオンエネルギー損失を増大するだけでなく、接地表面からのイオンスパッタリングをも増大する。それゆえ、ＤＣバイアスの代わりにＲＦバイアスが、ソースプラズマの電位を制御するのに使用されることができる。接地表面の面積が、付加的なスパッタリングを生じることなく、電極の表面積に匹敵する場合、ＲＦバイアスにより、大地電位に対してプラスである電極に自然発生されたＤＣバイアスを生じることができるということは、ＲＦプラズマの当業者には一般に周知である。

例示の電位制御電極３６の構造は、図３および図４から理解できる。プラズマ電位制御電極３６は、環状フレーム８４内に固定される複数の細長い構造８２から構成される。この細長い構造８２は、本質的に、互いに平行であり、一定の間隔がおかれ、全体として８６で示される、様々なサイズおよび形状の一連のスロット状開口を設ける。細長い構造８２およびフレーム８４は、導電性材料からそれぞれ構成され、例えば、アルミニウム、あるいは、他の適切な金属材料から構成されることができる。開口８６は、ソース領域１８から処理領域２２への高度のプラズマフロー透明性をもたらすほどに十分に大きい。電極３６の総表面積は、ソースプラズマ２０の少なくとも一部分が処理の間、電極３６と実質的に接触した状態であるように十分に大きい。ソースプラズマ２０は、ソースプラズマ２０と実質的に接触した状態である最も高い電位を有する表面の電位を帯びる。電極３６は、それがソースプラズマ２０と実質的に接触した状態である１つの表面または複数の表面をもたらすように構成される。ソースプラズマ２０と接触した状態にある電位制御電極３６の表面積は、ソースプラズマ２０を囲む残りの表面（例えば、壁４０を含む）の表面積に対して大きい。このように、ソースプラズマ２０の電圧は、電極３６の電圧を制御することによって制御されることが可能である。

ソースプラズマ２０は、電極３６の開口８６を通り、磁気フィルタアセンブリ６８のスロットまたは開口８８を通り、処理ガス噴射装置６０のスロットまたは開口９０を通って、処理領域２２へ拡散し、そこで処理プラズマ２４を形成する。磁気フィルタアセンブリ６８の構造は、図５〜図７から理解されることが可能である。

磁気フィルタアセンブリ６８は、複数の棒状の永久磁石９２から構成される例示的な実施形態であり、これらの永久磁石はそれぞれ、管状ハウジング９４内に取り付けられる。各棒磁石９２は、磁気フィルタアセンブリ６８が装置１２内に取り付けられるとき、各磁石９２が、チャンバの側壁４０の間に延在するように、関連した管状ハウジング９４の全長を延在する。各ハウジング９４は、適切な金属材料などの導電性材料から構成されることができ、あるいは、各ハウジング９４は誘電材料から構成されることができ、別の方法として、各ハウジング９４は、金属材料と誘電材料との両方から作られることができる。例示のハウジング９４は、アルミニウムから構成される。アセンブリ６８はさらに、中央開口９８を有するフレーム９６を含む。各ハウジング９４は、フレーム９６の対辺の１対の開口１００内に固定される。１対の環状壁構造１０２、１０４は、そのそれぞれの対辺の開口９８の回りに取り付けられる。この環状壁構造１０２、１０４は、フレーム９６が装置１２に取り付けられるとき、反応チャンバ１４の壁４０の一部を形成することができる。磁気フィルタアセンブリ６８のハウジング９４は、大地電位と電気的に接続した状態であるか、あるいは、浮動（例えば、ＲＦ）電位と電気的に接続した状態であるかのいずれかでよい。述べられているように、ハウジング９４は、それらの間の複数の開口８８を画定するように一定の間隔がおかれている。

処理ガス噴射装置６０の構造の詳細は、図８および図９から理解できる。処理ガス噴射機構６０の各チューブ６２は、ほぼ矩形の横断面を有することができ、アルミニウムなどの適切な金属材料から構成されることができる。チューブ６２は、アルミニウムなどの適切な金属材料から構成されることができる還状の管状フレーム１０６内に固定される。チューブ６２は、フレーム１０６へ導入されるガスがチューブ６２へ、かつ、チューブ６２を通って流れるように、溶接または他の適切な方法によってフレーム１０６に固定されることができる。処理ガス供給システム６４（図８に概略的に示される）は、フレーム１０６のガス入口１０７を介して装置６０に結合されることができる。チューブ６２は、一連のガス出口１０９を有し、それを通ってガスが装置へ流れる。述べられているように、チューブ６２は、それらの間に一連の開口９０を設けるように一定の間隔がおかれている。処理ガス噴射装置６０は、任意に、大地電位と、あるいは、浮動電位へ電気的に接続した状態でよい。

図２に最もよく示されるように、電極３６、フィルタアセンブリ６８および処理ガス噴射装置６０の開口８６、８８、９０はそれぞれ、互いに整列され（例示の装置１２と垂直に整列されている）、コンポーネント３６、６８、６０の各一連の垂直に整列された開口８６、８８、９０は、互いにほぼ等しい大きさであり、ソース領域１８から処理領域２２への荷電粒子の通過を容易にする。

電極およびソース領域のソースプラズマからの荷電粒子（例えば、陽イオン）は、開口８６、８８、９０を通って処理領域２２へ拡散し、そこに処理プラズマ２４を形成する。磁気フィルタアセンブリ６８は、ソース領域１８と処理領域２２との間に磁界を設け、それにより、高エネルギー電子をフィルタで取り除き、この電子が処理プラズマ２４の方へ拡散することを防止するのに役立つ。衝突の平均自由行程が磁界スケーリング（すなわち、磁界領域のサイズ）よりも大きいエネルギー電子は、磁気フィルタアセンブリ６８の開口９０全体にわたる磁界によって反射され、それによって、処理プラズマ２４に入ることが防止される。それゆえ、処理プラズマ２４の電子は、ソースプラズマ２０の電子と比べて、低い平均エネルギー（すなわち、低い電子温度）を有する。処理プラズマ２４の典型的な電子温度は、磁気フィルタアセンブリ６８によって間に設けられる磁界の大きさにより、１電子ボルト以下である。一般に、磁気フィルタアセンブリ６８によって間に設けられる磁界が強ければ強いほど、処理プラズマ２４の電子密度は低い。

ソースプラズマ２０から処理プラズマ２４へ移動するイオンは、イオン電荷の倍の、ソースプラズマ電位（Ｖ_ＳＰ）と処理プラズマ電位（Ｖ_ＰＰ）との間の差にほぼ等しいエネルギーで加速される（例示の装置１２において下方へ）。イオンエネルギーは、以下の式によって表わされることが可能である：

式中、Ｅ_ｉはイオンエネルギーであり、ｑはイオンへの電荷であり、Ｖ_ＳＰはソースプラズマ２０のプラズマ電位であり、Ｖ_ＰＰは処理プラズマ２４のプラズマ電位である。処理プラズマ２４の電位が大地電位で維持される場合、イオンエネルギーは、電位制御電極３６に印加されるバイアス電圧によって決定される。この関係は、方程式２に示されるように数学の公理を用いて表わされることが可能である。

磁気フィルタアセンブリ６８のハウジング９４は、大地電位を有するとき、ソースプラズマ２０から出るイオンは、イオン電荷の倍の、ソースプラズマ２０の電位と処理プラズマ２４の電位との間の差に匹敵するエネルギーで処理プラズマ２４の方へ向って方向付けられる（方程式２によって示されるように）。従って、処理プラズマ２４に入るイオンは、それらが処理プラズマシースに入る前に、加工物４８の方へ向って方向付けられたエネルギーに達することができる。エッチングは、加工物４８の方へ向って方向付けられたエネルギーを有するイオンで行われるときにいっそう効果的である。イオンの直接エネルギーが十分に高いとき、高いエッチング率が達成され、加工物４８（例えば、半導体ウエハ）が接地される。

従って、磁気フィルタアセンブリ６８によって間に置かれる磁界は、反応チャンバ１４の内部エリア１６内のプラズマ体積を２つの領域を占める２つのプラズマ２０、２４：一次電子が大いに効果的に閉じ込められるソース領域１８の高密度のソースプラズマ２０と、きわめて少量のイオン化電子を有する、あるいは、イオン化電子を有さない処理領域２２の比較的定温の処理プラズマ２４とに分離するように機能することが可能であるということが理解できる。

ＤＣプラズマにおいて、そして、ＲＦプラズマにおいて、外部電界によって直接加速される一次電子は、処理プラズマ２４の生成を担い、処理プラズマ２４の電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）の形成を担う。２０電子ボルトと１００電子ボルト（２０〜１００ｅＶ’ｓ）との間のエネルギーを有する一次電子は、一般に、ソースプラズマ２０を含有する反応チャンバ１４のソース領域１８の大きさのいずれよりもずっと長いイオン化衝突の平均自由行程を有する。ソース領域１８のソースプラズマ２０に一次電子を閉じ込めることにより、処理プラズマ２４の密度を増大し、これは順番に、システム１０の製造効率を増大し、さらに、処理プラズマ２４の均一性と処理された加工物４８の均一性とを向上する。

処理プラズマ２４のＥＥＤＦは、磁気フィルタアセンブリ６８によって設けられた磁界の強度を制御することによって制御されることが可能である。磁気フィルタアセンブリ６８の磁界は、スペーシングおよび多数の磁石などを制御することによって、異なる強度の配列で個々の磁石を供給することによって制御されることが可能である。処理プラズマ２４に生じる解離処理が、大いに処理プラズマの電子エネルギーに依存するため、磁界の強度を制御することは、処理ガスの解離を制御する。間に設けられた磁界は、高エネルギー電子を反射し、それによって、それらをソース領域１８に閉じこめるように機能するので、処理プラズマは比較的低い電子温度を有する。それゆえ、磁気フィルタアセンブリ６８によって間に設けられた磁界の磁界強度の調節は、処理プラズマ２４のプラズマの化学的性質の制御へと導くことが可能である。

２００Ｇ−ｃｍ〜３００Ｇ−ｃｍの磁束を有する磁界は、ほぼ４ｅＶ〜ほぼ５ｅＶの電子温度を有する高度なイオン化ソースプラズマ２０を、１ｅＶ未満の電子温度を有する比較的定温の処理プラズマ２４から分離するのに十分強いということが実験に基づき分かった。ほぼ１ｅＶ〜ほぼ３ｅＶの範囲の処理プラズマ２４の電子エネルギーの制御は、１００Ｇ−ｃｍ〜２００Ｇ−ｃｍの範囲の磁気フィルタアセンブリ６８によって間に設けられる磁束を変えることによって達成されることが可能である。これらの例示の制限と広範囲の制限をカバーする可変磁界を供給する電磁石を含む磁気フィルタアセンブリの例は、以下に記述される。

磁気フィルタアセンブリの多数の異なる実施形態が、本発明の範囲内で、熟考される。例えば、磁気フィルタアセンブリは、図５〜図７に示されるように、永久磁石９２の配列を含むことが可能である。永久磁石９２の配列（図１２および図１４では矩形で概略的に表わされている）が、その間に設けられた磁界を生成するのに使用されるとき、磁石の極は、いくつかの異なる方法で配列されることが可能である。例えば、磁石９２の配列は、北極のすべてが、同じ横方向に「面する」ように配列されることが可能である。図５〜図７の例示的な実施形態において、例えば、関連した管状ハウジング９４の全長を延在する永久磁石９２は、その北極が同じ方向に面するような構成でよい。このタイプの構成は、図１４の概略図から理解されることが可能である。図１４は、４つの磁石１１０、１１２、１１４、１１６と、これらの間のスペース１１８とを示している。これらの磁石は、各磁石の北極がチャンバの１つの側の方へ向って方向付けられ、各磁石の南極がチャンバの対向する側の方へ向って方向付けられるように配置されている。磁気フィルタアセンブリが、一連の平行な棒状の磁石から構成されるときに使用されることが可能な別の例示の構成が、図１２に概略的に示されている。この例において、磁石１１０、１１２、１１４、１１６は、１つおきの磁石（例えば、１１０と１１４）の北極が１つの方向に面し、それらの間の各磁石（例えば、１１２と１１６）の北極が反対方向に面するように配置されている。多数の（あるいは、少数の）永久棒磁石が磁界アセンブリを構成するのに使用されるとき、これらのパターンは、簡単に繰り返される。極のこれらの構成は、単なる例示であることと、および、多数の他の可能な組合せが可能であるということとが理解される。

磁気フィルタアセンブリの磁界は、さらに、電磁石によってもたらされることが可能である。例えば、磁気フィルタアセンブリは、例えば図２に示される永久磁石の構成およびスペーシングに類似するように、互いにほぼ平行で、互いに一定の間隔がおかれ、反応チャンバ１４の内部エリア１６全体にわたってほぼ横方向に延在する導電部材の配列から構成されることができる。より詳細には、このタイプの磁気フィルタアセンブリの一実施形態において、１つ以上の導電部材は、例えば、図５の磁気フィルタアセンブリのそれぞれの管状ハウジング９４（その中の永久磁石の代わりに）内に取り付けられ、それぞれの管状ハウジング９４の全長を延在することが可能である。各導電部材は、電流ソース（図示せず）と電気的に接続した状態にあるのがよい。図１０は、特定の磁気フィルタアセンブリに磁界をもたらすことが可能な導電部材の配列（これは、例えば剛性構造の配列でよく、それぞれが、適切な金属材料などの導電性材料から構成され、それぞれが、それぞれの制御可能な電流ソースと電気的に接続した状態であるのがよい）の例を示している。

特に、図１０は、４つの導電部材１２０、１２２、１２４、１２６と、それらの間のスペース１２８とを示している。ソースプラズマから処理プラズマへ移動する荷電粒子は、このスペース１２８を通過する。各細長い導電部材は、円形として端面図で概略的に示されている。「点からなる」中心を有する円形（部材１２０、１２４）は、導電部材を表わし、そこでは、電流は見る人の方へ向って流れる（すなわち、ページ「の外」）。中心に「Ｘ」を有する円形（部材１２２、１２６）は、導電部材を表わし、そこでは、電流は見る人から離れて流れる（すなわち、ページ「の中」）。導電部材の構成および図１０においてそこに流れる電流の分配は、一般に「シングルピケットフェンス（ｓｉｎｇｌｅｐｉｃｋｅｔｆｅｎｃｅ）」と呼ばれる。シングルピケットフェンスは、チャンバ全体にわたり延在する電流グリッドを生成する。各部材１２０、１２２、１２４、１２６は、独立したＤＣ電磁石を備えることができる。

図１１は、導電部材の別の例示の構成を示している。この構成は、導電部材１３０、１３２、１３４、１３６の第２の層を含む。この構成において、各導電部材１３０、１３２、１３４、１３６は、例えば、永久磁石９２が図５のハウジング９４に取り付けられる方法に類似する方法で、管状ハウジング内に取り囲まれることができる。すなわち、導電部材は、関連したハウジング９４（永久磁石９２の代わりに）を延通することができ、制御可能な電流のソースと電気的に接続した状態である。導電部材１３０、１３２、１３４、１３６は、互いにほぼ平行であり、導電部材１２０、１２２、１２４、１２６の第１の層にほぼ平行であり、この第１の層から垂直に一定の間隔がおかれる。図１１の構成は、一般に、「ダブルピケットフェンス」と呼ばれる。このダブルピケットフェンスは、２つの電流の層（第２の層をもたらす導電部材１２０、１２２、１２４、１２６と、第２の層をもたらす導電部材１３０、１３２、１３４、１３６）を使用し、ソース領域と処理領域との間にフィルタリング磁界を設ける。

多数の電流の流れのパターンが、このダブルピケットフェンス構造で達成されることが可能である。図１１に示される例示において、電流が各導電部材において流れる方向は、上述のように点とＸで表示されている。図１１に示される電流パターンは、図１２の永久磁石の配列によって生成されるものに類似する磁界を生成する。

図１３は、図１１に示されるものと同一の導電部材の構成を示している。図１３に示される電流の流れは、実質的に、２つの電流「シース」を生成し、１つのシースにおける電流の流れ（導電部材１２０、１２２、１２４、１２６から構成される）は、１つの方向へ進み、もう１つのシースにおける電流（導電部材１３０、１３２、１３４、１３６から構成される）は、反対の方向に進む。導電部材および電流の流れの分配の構成は、一般に、「磁気壁」と呼ばれる。磁気壁において、磁界は１つの方向に進む。図１３に示される導電部材およびそこに流れる電流は、図１４に示される永久磁石の配列によって生成される磁界に類似する磁界を生成する。

図１０〜図１４の各例示の構成は、異なる磁界を生成する。磁界を生成するために電流を使用する（図１０、図１１および図１３）１つの利点は、磁界の強度が変えられることが可能なことである。反応チャンバ１４において効果的に電子をフィルタするために、十分な強さの磁界を生成するのに必要とされる電流の大きさは、かなり高くてよいとはいえ、例えば、数百アンペアでよい。図１２および図１４に示されるものなどの構成は、それらが、外部電源装置を必要としないが、永久磁石の固定配列によって生成される磁界が、変えられることができないので有利である。

図１５〜図１７は、高電流を必要とすることのない、可変磁界をもたらす３つの磁界アセンブリ１３８の例を示している。図１５は、湾曲部１４６から延在する脚部１４４を有するＵ形状部材１３９を示す。このＵ形状部材１３９は、Ｕ字形タイプの電磁石を構成する。永久磁石１４８の配列は、それぞれが、Ｕ形状部材１３９の湾曲部１４６に接続され、脚部１４４に対して一定の間隔がおかれた状態でそこから外方に延在する。Ｕ形状部材１３９は、電磁石を生成するために励起されることが可能である。Ｕ形状部材は、例えば、湾曲部１４６と脚部１４４とを画定するように形成される磁束導電性材料（鉄、あるいは、他の適切な金属材料などの）から構成される一体構造の電磁石でよい。１つ以上のコイル磁石１５０は、Ｕ形状部材１３９の湾曲部１４６の周りに巻かれる。各コイル磁石１５０は、それぞれの制御可能な電流ソース（図示せず）と電気的に接続した状態でよい。各コイル磁石１５０が励起されると、そのコイル磁石１５０によって生成される磁界エネルギーは、Ｕ形状部材１３９を介して伝導される。Ｕ形状部材１３９は、Ｕ字形タイプの磁石を構成することができる。永久磁石１４８は、Ｕ字形磁石１３９の特性を向上する。より詳細には、永久磁石１４８は、コイル磁石１５０がアセンブリ１３８によって生成される総電界の強さを増大するために励起されるとき、Ｕ形状部材１３９によって磁界を生成させるのに多少のＤＣ磁界を供給する。永久磁石１４８は、さらに、磁界アセンブリ１３８の中央領域１５１にＵ形状部材１３９／コイル磁石１５０によって生成される磁束を集中するのに役立つ。

図１６に示される磁気フィルタアセンブリ１４０は、アセンブリ１４０の湾曲部１５２が、アセンブリ１３８の湾曲部１４６よりも長く、磁気フィルタアセンブリ１４０が、湾曲部１５２に接続される３つの永久磁石１５４を含むことを除いて、図１５の磁気フィルタアセンブリ１３８に構造が類似している。複数の導電コイル１５３は、アセンブリ１４０の湾曲部１４６の周りに巻かれている。

各磁気フィルタアセンブリ１３８、１４０は、ハウジング内に収容されることができる。図１５は、磁気フィルタアセンブリ１３８の周りのハウジング１５３（破線で）の例を示している。このハウジング１５３は、アルミニウムなどの金属材料、あるいは、他の適切な材料から構成されることができる。ハウジング１５３は、管状本体部１５５と、この本体部１５５から外方に延在し、磁気フィルタアセンブリ１３８の脚部１４４および永久磁石１４８を囲む複数の管状アーム１５７とを含む。類似のハウジング（図示せず）は、磁気フィルタアセンブリ１４０に設けられることができる。

磁気フィルタアセンブリ１３８、１４０は、磁気フィルタアセンブリ１４２を生成するために、図１７に示されるように組合せるように構成される。磁気フィルタアセンブリ１３８、１４０は、アセンブリ１４２を形成するために、互いに間に噛み合わされるとき、アセンブリ１４２によって生成される磁界は、コンポーネントアセンブリ１３８、１４０が作用される方法によって決まる。例えば、アセンブリ１４２を作り上げるアセンブリ１３８、１４０は、アセンブリ１３８、１４０によって生成される磁界が互いに一致し、それゆえ、互いに強化するように作用されることが可能である。例えば、図１７の磁界アセンブリ１４０は、アセンブリ１４０によって生成される磁界がページの頂部に北極を形成するように（励起コイル１５３によって）励起されることができることが理解できる。アセンブリ１３８は、コイル１５０の電流の方向により、北極がページの頂部に、あるいは、ページの底部にある磁界を（コイル１５０を励起することによって）設けることが可能である。したがって、磁気フィルタアセンブリ１４２のコンポーネントアセンブリ１３８、１４０は、２つのアセンブリ１３８、１４０の北極がアセンブリ１４２と同じ側にあるように、あるいは、２つのコンポーネントアセンブリ１３８、１４０の北極がアセンブリ１４２の両側にあるように配置されて、作用されることが可能であるということが明らかである。

アセンブリ１４２は、２つのコンポーネントアセンブリ１３８、１４０の北極がアセンブリ１４２と同じ側にあるように（すなわち、２つのコンポーネントアセンブリ１３８、１４０の北極または磁界が、同じ方向にあり、あるいは、互いに一致するように）作用されるとき、この構成は、図１４に示されるものに類似するプラズマの層の間に磁界を生じる。別の方法として、アセンブリ１４２は、２つのコンポーネントアセンブリ１３８、１４０の北極がアセンブリ１４２の両側にある（あるいは、互いに対向する方向にある、すなわち、磁界が互いに対向する方向にある）ように作用されるとき、この構成は、図１２に示されるものに類似するプラズマの層の間に磁界を生じる。

アセンブリ１４２の２つのコンポーネントの磁気アセンブリ１３８、１４０のそれぞれの磁界が同じ方向である場合、磁石壁タイプのフィルタが形成される。アセンブリ１４２の２つのコンポーネントの磁気アセンブリ１３８、１４０のそれぞれの磁界が、同じ方向にある（すなわち、アセンブリ１３８、１４０のそれぞれの磁界が互いに対向する方向にあるように）場合、磁気カスプフィルタが生成される。

処理プラズマ２４のＥＥＤＦ（電子エネルギー分布関数（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ））が制御される機構は、以下に考慮される。この例において、磁気カスプフィルタは、ＥＥＤＦを制御するのに使用される。衝突のない高速電子のリーク幅は、それらのジャイロ半径のほぼ２倍２ｒ_ｐであることが分かり、式中、ジャイロ半径ｒ_ｐは、以下の関係で示される：

式中、一次電子エネルギーはｅＶｐであり、ｅは基本電荷であり、ｍは電子質量であり、ｃは真空中の光の速度であり、Ｂは磁界の強さである。一次電子のリーク幅は、磁界の強さＢに反比例する
冷却されたプラズマのリーク速度は、イオンの漏洩によって特色付けられる。電子の漏洩は、両極性電界によって大いに影響が及ぼされる。一般に、磁気フィルタを通って漏洩する電子は、比較的緩慢な電子である。これらの比較的緩慢な電子は、さらに、グロー放電後におけるように、中性ガスとの衝突によって冷却される。

本発明の装置および方法は、多数の利点を有している。例えば、電極３０、磁気フィルタアセンブリ６８、処理ガス噴射装置６０およびそれらと関連する支持構造が、装置１２から取り外される場合、装置１２の残りの部分（すなわち、反応チャンバ１４、チャック電極４６および変成器結合プラズマソース螺旋部材２６）は、従来の変成器結合プラズマ（ＴＣＰ）反応器を備えるということが図２の例示から理解されることが可能である。従来のＴＣＰ反応器は、利点を有するが、エッチング、あるいは、蒸着に使用されるときに不利な点を有する。ＴＣＰ反応器は、例えば、一般に、好ましい良好なエッチング速度をもたらす高密度のプラズマを発生するために作用されることが可能であるが、従来のＴＣＰ反応器によって発生されるプラズマは、高い電子温度（一般に、３ｅＶ〜４ｅＶの範囲内）を有し、プラズマの電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）を制御する能力をもたらさない。その結果、これらの反応器は、高い解離割合を生成する。一般に、プラズマの解離は、プラズマの密度、プラズマ内で移動するガス原子または分子の滞留時間およびプラズマのＥＥＤＦに関係する。

例および例示的な実施形態は、ここでは、ＴＣＰ反応器を使用しているが、これは、本発明を説明するのを容易にするために行われ、本発明の範囲を限定するように意図されるものではないということが明らかである。他の方法および装置が、ソースプラズマを発生するのに使用されることができる。例えば、ソースプラズマ２０は、本発明のいくつかの実施形態において、誘導結合によって、あるいは、別の方法として、静電結合によって発生されることができる。

高い解離割合は、多くのプラズマ処理操作では不利である。例えば、高い解離割合は、処理プラズマが二酸化ケイ素（これは、一般に、大量生産された半導体製造に生ずる）をエッチングするのに使用される場合に不利である。過フッ化炭化水素の化学的性質（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）は、二酸化ケイ素ウエハにおける酸化特性をエッチングするのに使用されることが多い。これらの酸化特性は、例えば、半導体コンタクト、あるいは、トレンチを含むことができる。従来のＴＣＰ反応器を利用して二酸化ケイ素ウエハをエッチングするのに使用されるガスの典型的な組み合わせは、フロン系ガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８など）、酸素含有ガス（例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_２など）およびキャリアガス（例えば、アルゴンなど）を含むことができる。アルゴンは、過フッ化炭化水素含有ガスおよび酸素含有ガスを希釈するために機能し、さらに、化学エッチングのエネルギーを増大するために、基板の表面に衝撃を与えるのに使用されることができる。

半導体製造の間に、例えば、加工物の表面は、二酸化ケイ素、フォトレジスト、シリコン、窒化ケイ素などのエリアを有することが多い。特に、シリコン、あるいは、窒化ケイ素の層は、酸化層によるエッチング時、露出されることがある；不均一処理により、過剰エッチングステップが、基板全体にわたり酸化層によるエッチングを行うことを必要とされることがある。半導体処理操作の間、他の材料に比べてより速い速度で、二酸化ケイ素をエッチングすることが好ましいことが多い。この要求は、二酸化ケイ素のための高度なエッチング選択性のための要求と呼ぶ。しかしながら、典型的には、一般に誘導結合プラズマソースおよび、特に、ＴＣＰ反応器は、大いに解離可能であり、それにより、比較的多量のフッ素ラジカルの生成へと導く。多すぎるフッ素ラジカルが処理プラズマに存在するとき、そのフッ素ラジカルは、それらが二酸化ケイ素をエッチングするよりも早くシリコンをエッチングする。したがって、プラズマにおける高度の解離は、高度なフッ素ラジカルの組成へと導き、それにより、エッチング選択性の損失および生成される半導体装置の品質に結果として生ずる劣化へと導く
いくつかの試みが、従来のＴＣＰ反応器で生ずる解離の量を減少するために行われてきた。例えば、スカベンジャー材料は、プラズマソースに配置されることもある。スカベンジャー材料は、プレートの形をとって供給されることもあるシリコンである。このシリコンプレートは、処理中に腐食され、それによって、シリコンをプラズマ化学的性質に近づける。シリコンは、フッ素ラジカルのいくつかと反応し、それによって、多少のフッ素ラジカルをプラズマから取り除く。さらに、特定の処理を行うのに適切な１つの材料または複数の材料でチャンバの表面を「クラッディングする」ことが好ましい。例えば、酸化エッチング作用の間、このような材料は、シリコン、石英などを含むことができる。これらの材料は、さらに、他の理由のために使用されることができる。

本発明の装置および方法は、不必要な解離を減少し、その結果として、処理プラズマ２４のフッ素ラジカルの量を減少する。これは、エッチング選択性を向上する。したがって、プラズマ電位制御電極３６、磁気フィルタアセンブリ６８および処理ガス噴射装置６０は、処理プラズマ２４の特性を向上するように作用されることが可能である。磁界アセンブリ６８の磁界の強さを制御する能力により、例えば、処理プラズマ２４に拡散する電子のエネルギーを制御する能力をオペレータにもたらす。これにより、処理プラズマ２４のＥＥＤＦを制御する可能性をもたらす。電位制御電極３６は、ソースプラズマ２０の電位を制御する能力をもたらす。電位制御電極３６のＤＣ、あるいは、ＲＦ電圧を変えることによって、ソースプラズマ２０から処理プラズマ２４へ移動するイオンのイオンエネルギーは、制御されることが可能である。ＥＥＤＦおよび処理プラズマ２４のイオンエネルギーを制御することによって、オペレータは、生ずる解離の量を減少すると同時に、処理プラズマ２４の密度を比較高く保つことが可能である。

より詳細には、電極３６、フィルタアセンブリ６８および処理ガス噴射装置６０は、本質的に、反応チャンバ１４の内部エリア１６を２つの領域１８、２２へ分割するということが、例えば、図２から理解されることが可能である。装置１２を利用して加工物（二酸化ケイ素ウエハなど）を処理するために、アルゴン、あるいは、類似のソースガスは、比較的高密度のアルゴンプラズマを生成する（例えば、励起された螺旋部材２６を使用して）ために、ソース領域１８に噴射されることが可能である。処理ガスは、処理ガス噴射装置６０を通ってチャンバ１４の処理領域２２へ導入されることができる。処理ガスは、過フッ化炭化水素種、あるいは、多少のアルゴンおよび酸素含有ガスを含むことができる。換言すれば、処理ガス噴射装置６０は、加工物４８に衝撃を与えるプラズマの化学エッチングを生成するため、最終的に解離されるガスを導入する。磁気フィルタアセンブリ６８により、比較的低いエネルギー電子が処理領域に入ることを可能にするが、比較的高いエネルギー電子が処理領域に入ることをブロックし、それによって、ソース領域１８にそれらを閉じ込める。処理領域２２の処理ガス、あるいは、処理ガス種は、処理領域２２でこれらの比較的低いエネルギー電子と相互に作用するが、これらの電子は、高度に解離されない。したがって、Ｃ_４Ｆ_８が、処理領域２２へ導入される場合、処理領域２２に入る電子のエネルギーは、処理プラズマ２４において生成されるフッ素ラジカルの量を最小とするために、Ｃ_４Ｆ_８の解離化学的性質を制御するように制御されることが可能である。

プラズマ電位制御電極３６は、ソース領域１８から処理領域２２へのプラズマの拡散を制御するために、ソースプラズマ２０の電位を制御し、磁気フィルタアセンブリ６８と協働する。チャンバ１４の中央に磁気フィルタがあることにより、ソースプラズマが処理領域２２へ拡散することを抑制する。一般に、間に設けられた磁界は、ソースプラズマから処理プラズマへの比較的高いエネルギー電子の通過を抑制するが、ソースプラズマから処理プラズマへの比較的低いエネルギー電子の通過を可能にすることによって、ソースプラズマから処理プラズマへの電子の通過を制御する。一般に、電位制御電極３６は、ソースプラズマの電位を制御することによって処理プラズマへのイオンの通過を制御するのを容易にする。ソースプラズマのプラズマ密度は、一般に、例えば、処理プラズマのプラズマ密度よりもずっと高い。電位制御電極の存在により、ソースプラズマに本質的に均一な電位をもたらし、オペレータにソースプラズマの電位を調節する能力を与える。

イオンは、電子よりもずっと大きくて重いので、磁気フィルタアセンブリによって間に設けられる磁界により影響を及ぼされない。その結果、ソースプラズマの電位は、ソースプラズマから処理プラズマへのイオンの動きを制御するために制御されない場合、処理プラズマは、好ましくない特性を得ることがあり、あるいは、反応チャンバ１４のプラズマ２０、２４は、不安定になったり、または、流れが乱れることがある。例えば、ソースプラズマ２０の電位が制御されない場合、最初は、ソースプラズマから比較的多量の陽イオンが、処理プラズマへ拡散するのに対して、多少の電子は、磁界によって処理領域へ通過することを抑制される。その結果、処理プラズマは、陽のスペース電荷を得ることが多い。これは、結局、付加的な陽イオンが、処理プラズマ２４へ移動することを防止することに役立ち、それにより、処理プラズマ２４のプラズマ密度を制限する。処理プラズマ２４の密度は、ソースプラズマ２０から処理プラズマ２４への電子の移動を可能とするため、磁界を調節することによって増大されることが可能である。しかしながら、多すぎる電子が処理プラズマ２４に通過される場合、処理プラズマ２４は、負のスペース電荷を発生することがある。処理プラズマ２４の負のスペース電位は、ソースプラズマ２０から処理プラズマ２４へ陽イオンを引き付けることが多い。ソースプラズマ２０の電位が制御されない場合、これらのプロセス（すなわち、陽イオンの移動および負電子の移動）は、制御できない方法で生じることがあり、これにより、チャンバ１４のプラズマ２０、２４に結果として乱流、あるいは、不安定を生じることがある。電位制御電極３６は、オペレータ（あるいは、コントローラ）が、ソースプラズマ２０の電位を調節することを可能とし、そのために、プラズマ中の荷電粒子が、安定したかつ制御された方法で、ソース領域から処理領域へ流れる。ソースプラズマの電位および磁界の強さを制御することによって、その状態は、高いエネルギーを有するイオンおよび比較的冷たい電子の比較的大きな電流が、ソースプラズマ２０から処理プラズマ２４へ流れるように調節されることが可能である。一般に、制御可能な方向付けられたエネルギーを有する処理領域へ達するイオンは、ウエハへのプラズマの流れを高めることができ、それゆえ、処理効率を高める。

システム１０および装置１２（図３〜図１７に示されるそれらの様々なコンポーネントを含む）は、本発明の原理を示すように意図される例示の実施形態であるが、それらは、本発明の範囲を限定するように意図されるものではないということが理解できる。別の方法としての構成および付加的な実施形態は、熟考され、本発明の範囲内にある。例えば、例示の装置１０は、ソースプラズマの電位を制御するために、磁界を置くために、処理ガスを噴射するために（すなわち、プラズマ電位制御電極３６、磁気フィルタアセンブリ６８、処理ガス噴射装置６０それぞれに）、３つの独立したコンポーネントを含むが、他の構成が熟考される。例えば、磁気フィルタアセンブリのシングル、あるいは、ダブルピケットフェンスの実施形態は、ピケットフェンス電極の下方レベルが、処理チャンバへの処理ガスの噴射のためのガス噴射マニホルドを形成するように構成されるように構成されることが可能である（それによって、処理ガス噴射装置６０の機能を行う）。追加として、あるいは、別の方法として、ダブル、あるいは、シングルピケットフェンスは、空間的にプラズマを調節するように形成されることが可能である。追加として、別の方法として、ピケットフェンスは、処理プラズマをより均一にするために、プラズマ処理操作の間回転されることが可能である。電子エネルギーを吸収し、エネルギーを放射するために、低い励起電位およびイオン化電位を有する分子種を処理プラズマへ導入することによって、処理プラズマの電子温度を制御することが、さらに熟考される。

プラズマ電位制御電極３６、磁気フィルタアセンブリ６８および処理ガス噴射装置６０は、ユニット、あるいは、モジュールとして、互いにアセンブルされるように構成されることが可能であり、それにより、ポータブルモジュールとしてＩＣＰ（あるいは、ＴＣＰ）反応器の反応チャンバに取り外し可能に取り付けられることが可能であるということが、さらに熟考される。このモジュラー構成により、従来のＩＣＰ反応器が、反応チャンバ内にモジュールを設置することによって、本発明の方法を実施するのに使用するために変換されることを可能にする。例えば、このようなモジュールは、チャンバの内部をソース領域と処理領域とに分割するために、ＴＣＰに、適所に配置されることが可能である。モジュールは、ガス処理材料を処理領域へ噴射するために処理ガス噴射装置と、ソースプラズマの電位を制御するために電位制御電極と、処理領域に処理プラズマを発生するべく、ソースプラズマからガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するためにソース領域と処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように動作可能な磁気フィルタアセンブリとを含むことができる。

本発明の多数の特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであり、したがって、本発明の真実の精神と範囲とに従う記述した方法のそのようなすべての特徴および利点を保護することは、添付の特許請求の範囲によって意図される。さらに、非常に多くの変形および変更が、当業者には容易に生じるので、例示され、記述される正確な構造および作用に本発明を限定することは好ましくない。そのうえ、本発明の方法および装置、本質的に複雑である半導体技術に使用される類似の関連した装置および方法は、作成された出願のために最善のデザインに達するために、作用パラメータの適切な値を実験に基づいて決定することによって、あるいは、コンピュータシミュレーションを行うことによって、最もよく実施されることが多い。それゆえ、すべての適切な変形および同等物は、本発明の精神と範囲内にあると考慮されるべきである。

本発明の原理により構成されたプラズマ処理システムの例示的な実施形態の概略図を示している。本発明の原理により構成された分離した状態のプラズマ処理装置の例示的な概略断面図を示している。分離した状態の図２の装置のプラズマ電位制御電極の平面図を示す概略図である。図３の線４−４に沿った、電極の断面を示す概略図である。分離した状態の図２の装置の磁気フィルタアセンブリの平面図を示す概略図である。磁気フィルタアセンブリの立面図を示す概略図である。図６において破線によって形成される円形内に囲まれている磁気フィルタアセンブリの部分の拡大図を示す概略図である。分離した状態の図２の装置の処理ガス噴射装置の底面図を示す概略図である。図８の線９−９に沿った、処理ガス噴射装置の断面を示す概略図である。複数の電流電導部材の一定の間隔をおいた配置を示し、各部材における電流の流れの方向を表示する概略図である。追加の列の電流電導部材を示し、各部材における電流の流れの方向を表示することを除いて、図１０に類似する外略図である。複数の永久磁石の一定の間隔をおいた配置を示し、各永久磁石の磁極性の方向を表示する概略図である。部材における電流の流れの別の組合せを示すことを除いて、図１１に類似する外略図である。極性の別の配置を示すことを除いて、図１２に類似する外略図である。磁気フィルタアセンブリの別の例を示している。磁気フィルタアセンブリの別の例を示している。図１５および図１６の磁気フィルタアセンブリを一体化することによって構成された磁気フィルタアセンブリの例を示している。

Claims

加工物を処理するプラズマ処理装置であって、
ガスソース材料を前記装置のソース領域へ噴射するように構成され、配置されたソースガス噴射装置と、
ソースプラズマを発生するために、前記ソース領域にプラズマ発生と関係して取り付けられ、エネルギーを前記ソース領域のガスソース材料へ送るように構成され、配置されたプラズマ発生装置と、
ガス処理材料を前記装置の処理領域へ噴射するように構成され、配置された処理ガス噴射装置と、
前記処理領域に処理プラズマを発生するべく、前記ソースプラズマから前記ガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するために、前記ソース領域と前記処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように構成され、配置された磁気フィルタアセンブリと、
前記ソースプラズマの電位を制御するように構成され、配置された前記ソースプラズマと接触した状態のソース電極と、
前記荷電粒子が加工物に衝突するように前記加工物を支持するように構成され、配置された支持構造とを具備している加工物を処理するプラズマ処理装置。
前記支持構造は、前記加工物を支持し、かつ、前記荷電粒子が前記加工物に衝突するように前記処理プラズマからの荷電粒子を前記加工物の方へ引き付けるための電位を生成するように構成され、配置された電極を有している請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ発生装置は、誘電コイルを含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記誘電コイルは、前記装置のソース領域にプラズマ発生と関係して取り付けられたＴＣＰコイルである請求項３に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ発生装置は、さらに、前記コイルと電気的に接続した電源装置を含む請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記ソースガス噴射装置は、前記プラズマＴＣＰコイルの周囲に取り付けられたほぼ環状のガス噴射器である請求項３に記載のプラズマ処理装置。
前記処理ガス噴射装置は、前記装置の前記磁気フィルタアセンブリと前記処理領域との間に配置されている請求項６に記載のプラズマ処理装置。
前記処理ガス噴射装置は複数のチューブを含み、各チューブは１つ以上のガス出口開口を含み、前記チューブは前記ガス処理材料のソースに結合されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記磁気フィルタアセンブリは、永久磁石の配列を含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
各永久磁石は、金属材料と誘電材料のうちの少なくとも１つから作られたハウジング内に収納されている請求項９に記載のプラズマ処理装置。
前記金属材料は、アルミニウムである請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
前記磁気フィルタアセンブリは、１つ以上の電磁石を含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記磁気フィルタアセンブリは、湾曲部と、前記湾曲部から延在する１対の脚部とを有するＵ形状電磁石から構成され、前記磁気フィルタアセンブリが、さらに、前記湾曲部に接続されて、前記脚部に一定の間隔を置いた関係で外方に延在する永久磁石の配列を含む、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
前記Ｕ形状電磁石は、磁束導電性材料から構成されかつ前記湾曲部と脚部とを画定するＵ形状ヨークを有し、さらに、前記各１つ以上のコイル磁石が励起される場合、磁気エネルギーが生成され前記ヨークを通って伝導されるように、前記電磁石の湾曲部の周りに巻かれる１つ以上のコイル磁石を有している請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
さらに、１つ以上の電流ソースを備え、前記各１つ以上のコイル磁石が、電流ソースと電気的に接続した請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
ソース領域と処理領域とを画定する内部を有する反応チャンバと、
ガスソース材料を前記反応チャンバの前記ソース領域へ噴射するように構成され、配置されたソースガス噴射装置と、
前記チャンバへ取り付けられ、ソースプラズマを発生するためにエネルギーを前記ソース領域のガスソース材料へ送るように構成され、配置されたプラズマ発生装置と、
ガス処理材料を前記反応チャンバの前記処理領域へ噴射するように構成され、配置された処理ガス噴射装置と、
前記ソースプラズマの電位を制御するように構成され配置された前記ソースプラズマと接触した状態の電圧ソースと、
前記処理領域に処理プラズマを発生するべく、前記ソースプラズマから前記ガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するために、前記ソース領域と前記処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように構成され、配置された磁気フィルタアセンブリと、
前記荷電粒子が前記加工物に衝突するように、加工物を支持するように構成され、配置された支持構造とを具備している加工物を処理するプラズマ処理装置。
前記支持構造は、前記加工物を支持し、かつ、前記荷電粒子が前記加工物に衝突するように前記処理プラズマからの荷電粒子を前記加工物の方へ向って引き付けるために電位を生成するように構成され、配置された電極を有している請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ発生装置は、１つ以上のＲＦ電源と電気的に接続し、前記ガスソース材料に誘導結合された螺旋ＲＦアンテナを含む請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
前記ＲＦアンテナは、ソースプラズマを発生するべく、前記ソース領域のガスソース材料へのエネルギーの伝達を容易にするために誘電体ウインドウに取り付けられている請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
前記反応チャンバは、前記ソース領域と前記処理領域とを少なくとも部分的に囲む１つ以上の接地側壁部を含む請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
前記反応チャンバは、金属材料から作られている請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
前記金属材料は、アルミニウムである請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
前記電圧ソースは、前記ソース領域と前記磁気フィルタアセンブリとの間に位置決めされ、前記電圧ソースは、前記ソース領域のソースプラズマから前記処理領域への荷電粒子の通過を可能とするように構成され、配置された複数の開口を含む請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
前記磁気フィルタアセンブリは、永久磁石の配列を含み、前記磁石の配列は、前記磁気フィルタアセンブリに複数の開口を画定するように互いに一定の間隔が置かれ、前記磁気フィルタアセンブリの開口は、前記ソース領域のソースプラズマから前記処理領域への荷電粒子の通過を可能とするために、前記電圧ソースの前記開口と合わせている請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
前記処理ガス噴射装置は、複数のガス噴射チューブを含み、各ガス噴射チューブが、１つ以上のガス出口開口を含み、各チューブが、前記ガスソース材料のソースに結合され、前記チューブが、それらの間に複数の開口を画定するために前記反応チャンバ内に配置され、前記処理ガス噴射装置の前記開口が、前記ソース領域のソースプラズマから前記処理領域への荷電粒子の通過を可能とするために、前記磁気フィルタアセンブリの開口および前記電圧ソースの開口とほぼ合わされている請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
さらに、前記複数のガス噴射チューブと前記処理領域との間の前記反応チャンバ内に取り付けられている、シリコン材料から構成されたカバー構造を有している請求項２５に記載のプラズマ処理装置。
前記電極は、１つ以上のＲＦ電源と電気的に接続している請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
前記電極は、前記処理領域の方へ近づいたり、前記処理領域から離れる動きのために、前記反応チャンバ内に可動に取り付けられている請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
前記反応チャンバは、前記反応チャンバからガス材料を取り除くための真空ポンプポートを含む請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
ソースプラズマを発生することと、
処理ガスを供給することと、
前記処理ガスから処理プラズマを発生するために、かつ、前記処理プラズマの特性を制御するために、前記ソースプラズマから前記処理ガスへの荷電粒子の流れを制御することと、
前記処理プラズマからの荷電粒子に前記加工物を衝突させることとを備えている加工物を処理する方法。
前記荷電粒子の流れを制御することは、前記ソースプラズマと前記処理ガスとの間に磁界を設けることを含む請求項３０に記載の加工物を処理する方法。
前記磁界は、一定の磁界強度さである請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記磁界を設けることは、１つ以上の永久磁石を利用して達成される請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記磁界の磁界強度は、可変である請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記磁界を設けることは、ダブルピケットフェンスシールドを利用して達成される請求項３４に記載の加工物を処理する方法。
前記ダブルピケットフェンスシールドは、ＤＣ電位を有する請求項３５に記載の加工物を処理する方法。
前記磁界を設けることは、シングルピケットフェンスシールドを利用して達成される請求項３４に記載の加工物を処理する方法。
前記シングルピケットフェンスシールドは、ＤＣ電位を有する請求項３７に記載の加工物を処理する方法。
前記ソースプラズマは、比較的高い電子温度を有し、前記荷電粒子の流れを制御することは、前記比較的高い電子温度を有する電子が前記処理ガスへ流れるのを抑制するために、かつ、比較的低い電子温度を有する電子が前記処理ガスへ流れることを可能とするために、前記磁界を利用することを含む請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記制御することは、さらに、前記処理プラズマのＥＥＤＦを制御するために、前記磁界を制御することを含む請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記制御することは、さらに、前記ソースプラズマの電位を制御することを含む請求項３１に記載の加工物を処理する方法。
前記制御することは、さらに、前記ソースプラズマの電位を制御することによって、前記ソースプラズマのＥＥＤＦを制御することを含む、請求項４１に記載の加工物を処理する方法。
前記制御することは、さらに、前記処理ガスに入る陽イオンのエネルギーを制御するために、前記ソースプラズマの電位を制御することを含む、請求項４１に記載の加工物を処理する方法。
前記ソースプラズマの前記電位を制御することは、ソース電極を供給することによって達成され、前記ソース電極が、制御可能な電圧ソースに電気的に接続し、前記ソースプラズマとほぼ接触した少なくとも１つの表面を有する請求項４１に記載の加工物を処理する方法。
前記ソースプラズマを発生することは、ＩＣＰコイルを利用して、高密度のソースプラズマを発生することを有している請求項４１に記載の加工物を処理する方法。
内部を有する反応チャンバと、
前記内部をソース領域と処理領域とに分割するように構成され、配置されたモジュールと、
前記チャンバに取り付けられており、ソースプラズマを前記ソース領域に発生するように構成され、配置されたプラズマ発生装置と、
前記処理領域に加工物を支持するように構成され、配置されたチャック電極とを備え、
前記モジュールが、ガス処理材料を前記反応チャンバの前記処理領域へ噴射するように構成され、配置された処理ガス噴射装置と、前記ソースプラズマの電位を制御するように構成され、配置された電位制御電極と、前記処理領域に処理プラズマを発生するべく、前記ソースプラズマから前記ガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するために、前記ソース領域と前記処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように構成され、配置された磁気フィルタアセンブリとを備えている加工物を処理するプラズマ処理装置。
前記チャック電極は、さらに、前記荷電粒子が前記加工物に衝突するように、前記処理プラズマからの荷電粒子を前記加工物の方へ引き付けるために電位を発生するように構成され、配置されている請求項４６に記載のプラズマ処理装置。
反応チャンバを有するプラズマ処理装置および前記反応チャンバ内に加工物を支持する構造において、
前記反応チャンバ内部をソース領域と処理領域とに分割するように構成され、配置された前記反応チャンバに取り外し可能に取り付けられたユニットと、
前記チャンバに取り付けられており、前記ソース領域にソースプラズマを発生するように構成され、配置されたプラズマ発生装置と、
を備え、
前記ユニットが、ガス処理材料を前記反応チャンバの前記処理領域へ噴射するように構成され、配置された処理ガス噴射装置と、前記ソースプラズマの電位を制御するように構成され、配置された電位制御電極と、前記処理領域に処理プラズマを発生するべく、前記ソースプラズマから前記ガス処理材料への荷電粒子の流れを制御するために、前記ソース領域と前記処理領域とのほぼ間に磁界を設けるように構成され、配置された磁気フィルタアセンブリとを備えている、反応チャンバを有するプラズマ処理装置および前記反応チャンバ内に加工物を支持する構造。