JP4025636B2 - 誘導結合プラズマ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）に適用される誘導結合プラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の加工に用いられるプラズマプロセス（工程）は、比較的低い温度かつ高い効率で行うことが可能という利点を有している。たとえば、シリコン酸化物の蒸着では、Ｏ2のプラズマソースとＳｉＨ4とを用いて、２００℃以下の温度で、１００〜５００ｎｍ／分という蒸着速度を具現することが可能である。
【０００３】
しかし、その際、比較的大きな面積（たとえば、直径３００ｍｍのウェーハ）に、膜厚の均一性が高いコーティングを具現するためには、前記プラズマソースで極めて高い効率でプラズマを生成する必要があり、さらに、単位時間当たりに単位面積を横切って流れる量（フラックス）が均一なプラズマを形成することが必要である。そこで、このような要求を満足させるために、当該分野においては、各種の高密度プラズマソース（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ；以下、「ＨＤＰ」という）が用いられている。
【０００４】
前記ＨＤＰの開発史を紐解いてみると、ＨＤＰの開発はＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマの応用に始まり、現在では、その応用技術の大部分が高周波で駆動される誘導結合プラズマ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｒｉｖｅｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；以下、「ＩＣＰ」という）に帰着している。
【０００５】
前記ＩＣＰのソースは、設計が比較的簡単であり、しかも、比較的広い出力の範囲と圧力ウィンドウとを有して、その動作に補助的なマグネットを必要としない。そして、蒸着やエッチングを高い効率で行えるように改善されたＩＣＰ装置として、フラットスパイラルコイルから構成されたインダクタが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、前記ＩＣＰ装置は、このＩＣＰ装置が提案される以前から指摘されてきている、ＩＣＰのソースに起因する欠点を有している。すなわち、コイルによってプロセスチャンバへ供給されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のパワーは、一般に、石英から構成された誘電体のウィンドウを介して供給されることが必要である。この誘電体のウィンドウは、大気圧に対する耐圧性を満たすために数ｃｍ程度の厚さが要求される。そして、装置の規模が大きくなるにつれて、要求される前記誘電体のウィンドウの厚さは次第に厚くなる。さらに、前記誘電体のウィンドウの真空側の面は、コイルの高い電圧、及び極めて大きな容量結合によって誘起されるスパッタリングの作用を受ける。
【０００７】
また、ヘリカルインダクタコイルの共振条件の下で動作するＩＣＰのソースの一種であるヘリカル共振器が提案されている（特許文献２参照）。このヘリカル共振器における共振は、ＲＦの電磁場に関連して放電を生じさせるインダクタワイヤの長さＬを、波長λに対して適宜調節することにより実現される。この共振条件は、Ｌ＝（λ／４）×ｍの式で表される。前記式中、ｍは整数である。このｍの値は、インダクタにおける定在波（スタンディングウエーブ）のモードと一義的に対応する。
【０００８】
また、ＩＣＰ装置に含まれるコイルは、終端部が電気的に接地または浮遊され、電流と電圧の波形に対する境界条件を決定づけるものである。このコイルでＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を発生させるための電力（パワー）が印加される部分は、通常、コイルの両端部の間の略中間部である。そして、前記境界条件、及び前記インダクタワイヤの長さが変化することにより、このプラズマソースは、寄生容量結合の効果が安定化される（非特許文献１参照）。
【０００９】
前記プラズマソースは、円筒状の幾何学構造を有するとともに誘電体から形成されるプラズマを封入するための容器を備えることが必要である。このプラズマを封入する容器は、一般に、円筒状の石英管で形成されて真空チャンバとしての機能を有し、その内部でプラズマによる反応を誘起させる反応器として構成される。そして、このようなプラズマソースがＨＤＰに適用されている。
【００１０】
さらに、前記プラズマソースに含まれるインダクタは接地された表面に対するプラズマ電位を最小化するようにバランスがとられ、その結果、前記反応器を構成する材料におけるスパッタリングが最小化されるようになっている。このようなインダクタは、１３３．３２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）またはこれより高い圧力の下で行われる乾式エッチングに応用されており、極めて高いエッチング効率、及び放射状に広がった広範な領域で極めて高いエッチング均一性を発揮する。
【００１１】
それにも拘わらず、前記インダクタは、圧力が１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下になると、円筒状の幾何学構造を有するＨＤＰは、軸心方向に沿った領域で中性の化学種の枯渇を生じさせるイオンポンピング効果により、ガス流れの放射状の方向における均一性を失ってしまう。このイオンポンピング効果は、特に、低圧かつ高温、たとえば、荷電粒子の濃度が高い条件の下で、さらに促進される。そして、重要な点は、均一性の高い中性の化学種を生起させるには、大面積のプラズマソースが必要とされることである（非特許文献２参照）。
【００１２】
従来のＩＣＰの応用技術では、通常、前記インダクタが真空チャンバの外部に配置されているが、このようなインダクタの外部配置の形態は、以下のような問題点を招来する。
【００１３】
すなわち、第１の問題点は、前記ヘリカルインダクタ、または、前記フラットスパイラルインダクタの場合、誘電体のポートが広い面積を有するために、誘電体の真空容器が比較的大きくなるとともに複雑化することである。
【００１４】
第２の問題点は、外部に設けられるインダクタは、超高電圧（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＵＨＶ）の設計と互換性がないことである。
【００１５】
第３の問題点は、ウェーハサセプタの表面積が電気的に接地された領域の面積に比べて小さく、このため、ＲＦを発生させるために高い電力（パワー）を印加しなくても基板上で負（ネガティブ）電圧を制御できるように構成されることが望ましいが、現状では、前記ウェーハサセプタに対するチャンバの導電性部分の比率が非常に小さい。
【００１６】
第４の問題点は、装置の規模をあまり大きくできないことである。
ラジカルアシストシーケンシャル化学気相蒸着（Ｒａｄｉｃａｌ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＲＡＳ ＣＶＤ）法の工程に適用されたＨＤＰソースが公知となっている（たとえば、特許文献３参照）。前記ＲＡＳ ＣＶＤ法の原理は、時分割的に２つの前駆体が基板に供給されるという点で、たとえば、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）法と類似している。
【００１７】
しかし、前記ＲＡＳ ＣＶＤ法においては、前駆体のいずれか１種がラジカル種であり、化学的に安定した成分ではない。この点が前記ＡＬＤ法とは異なっている。このようなＲＡＳ ＣＶＤ法は、原子層（モノレイヤー）レベルでの精密な蒸着によって薄膜形成の過程を高度に制御できるので、必要にして充分な膜厚の均一性を具現することが可能な技術である。しかし、このようなＲＡＳ ＣＶＤ法において生成される前駆体のうちの１種は、基板に対する吸着確率が低い成分、換言すれば、化学的に安定した成分であると、この工程はあまり効率的なものとはならない。
【００１８】
【特許文献１】
米国特許第６，１８４，１５８号明細書（全頁）
【特許文献２】
米国特許第５，９６５，０３４号明細書（全頁）
【特許文献３】
米国特許第６，２００，８９３号明細書（全頁）
【非特許文献１】
Ｇ．Ｋ．Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖ．著「タイトル：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｂａｌａｎｃｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅｓ．」（雑誌名：Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第９巻（２０００年）、ｐ４００〜４１２
【非特許文献２】
Ｇ．Ｒ．Ｔｙｎａｎ．著「タイトル：Ｎｅｕｔｒａｌ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎｌａｒｇｅ−ａｒｅａ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａｓｏｕｒｃｅｓ」（雑誌名：Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第８６巻（１９９９年発行）、ｐ５３３６
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を改善するためになされたものであって、その目的は、プラズマソースからラジカルを放射状に分散させて放出させるとともに、このように放出されるラジカルの均一性をより高めた誘導結合型の高密度プラズマ装置を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、インダクタにおけるスパッタリングを抑止して、ガスの反応生成物がインダクタに向けて逆流することを防止した誘導結合型の高密度プラズマ装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る誘導結合プラズマ装置は、基板が備えられるウェーハサセプタが設けられる下部プロセスチャンバと、前記下部プロセスチャンバの上部に設けられる上部プラズマソースチャンバと、前記上部プラズマソースチャンバ内に設けられ、ガスが流動するチャンネルを有してプラズマ反応物を前記下部プロセスチャンバに供給する反応器と、前記上部プラズマソースチャンバと反応器との間に設けられ、前記反応器を囲繞するインダクタと、前記インダクタが設置される反応器の周囲の空間と前記下部プロセスチャンバとの間に設けられる開口部、及びこの開口部を開閉するシャッタとを具備して構成される（請求項１）。
【００２２】
前記誘導結合プラズマ装置において、反応器は、内部シリンダと、この内部シリンダを囲繞する外部シリンダと、内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルとを具備し、さらに、前記環状チャンネルの上部は前記上部プラズマソースチャンバの外部から延びるガスマニホールドと連結されて構成されることが望ましい（請求項２）。
【００２３】
本発明に係る一実施態様は、前記内部シリンダは底部に向かって次第に狭く形成され、それにともなって前記内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルの底部が次第に円形に変化するように構成される（請求項３）。
【００２４】
また、本発明は、前記一実施態様の誘導結合プラズマ装置において、環状チャンネルの上部に、多数のオリフィスを備えるガス分散板を設けることができる（請求項４）。
【００２５】
より具体的には、前記環状チャンネルの上部に、ガス分散板を、所定距離をおいて複数設けることができる（請求項５）。
【００２６】
また、前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、ウェーハサセプタは、下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊するように構成される（請求項６）。
【００２７】
本発明では、特に、前記ウェーハサセプタが、下部プロセスチャンバに対してその下部が設置されるセラミックス振動遮断器により支持されるとともに下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊するように構成されることが望ましい（請求項７）。
【００２８】
前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、上部プラズマソースチャンバで、インダクタが設置される反応器の周囲の空間にパージ用不活性ガスが供給されることが望ましい（請求項８）。
【００２９】
また、本発明は、前記インダクタの長さが高周波電磁場フィールドの１／４波長と同一であることが望ましい（請求項９）。
【００３０】
そして、本発明は、高周波のパワーが前記インダクタの両端部の間の一捲回で供給され、前記インダクタの両端は接地または電気的に浮遊するように構成されることがさらに望ましい（請求項１０）。
【００３１】
また、本発明は、前記プラズマソースにより高周波または低周波電磁場が周期的に、または与えられたシーケンスに従って、断続されることが望ましい（請求項１１）。
【００３２】
そして、前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、基板に直流電圧のバイポーラパルスが印加されることが望ましい（請求項１２）。
【００３３】
また、本発明は、前記電磁場のパルスと前記ガス供給パルスとが同期され、ガスがシーケンシャルで供給されることによって、改良されたラジカルアシストシーケンシャル（ＲＡＳ）法による蒸着工程を実行することが望ましい（請求項１３）。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る誘導結合プラズマ装置の望ましい１実施形態の構造を模式的に示す図である。図１に示すように、本発明に係る誘導結合プラズマ装置は上部プラズマソースチャンバ１と下部プロセスチャンバ２とを含んで構成される。
【００３５】
プラズマソースは上部プラズマソースチャンバ１の内部に設けられている。このプラズマソースはヘリカルインダクタコイル４とプラズマ反応器３とを含んで構成される。プラズマ反応が誘起される反応器３は、ナット及びベローズ１２等で、Ｏ2、Ｎ2、Ａｒ等のガスを供給するガスマニホールド２０と連結されている。反応器３でプラズマを生起するためのＲＦを発生させる電力を投入するＲＦ電源部（ＲＦパワー）は、ＲＦケーブル１１とＲＦフィードスルー（図示せず）を介して、誘電性シリンダ３２の外側面に捲回されているヘリカルインダクタコイル４の略中間部に連結され、さらに、ヘリカルインダクタコイル４の両端部は接地されている。
なお、参照番号１４は、反応器３の内部で誘起されたプラズマを示す。
【００３６】
ここで、ヘリカルインダクタコイル４の全長は、ＲＦの発生によって生起される電磁場の総波長と同一である。このような条件の下で、電圧及び電流の定在波（スタンディングウエーブ）がヘリカルインダクタコイル４で形成される。比較的大規模なシステムでは、ヘリカルインダクタコイル４に沿った電流及び電圧の偏向を防止できる長さ（短さ）でインダクタワイヤを作製することが困難である。このため、ヘリカルインダクタコイル４は、適切な共振を生起させるためのチューニングが行えるような長さを有するように形成されることが望ましい。
【００３７】
また、プラズマソースは、Ｏ2、Ｎ2、Ｃ2Ｆ6、Ａｒ、Ｈｅより構成される群の中から選択される１種、またはこれらを適宜混合して得られたガスが反応器３を通過する際に、プラズマによってラジカルのフラックスを適切に発生させるためのものである。
【００３８】
反応器３でプラズマ反応が誘起されるとこの反応器３の下端部が開放されて、この反応器３からプラズマ反応の生成物が下方に流動可能となって下部プロセスチャンバ２に導入される。他の反応物は、当該分野で従来公知のリモート（遠隔）プラズマの原理に基づいて下部プロセスチャンバ２に直接供給される。すなわち、この反応物は、プラズマの雰囲気に曝されることなく下部プロセスチャンバ２に直接供給されるので、この反応物の蒸着は抑止される。
【００３９】
前記反応物は、ＳｉＨ4ガス等、不活性ガスと混合される反応ガスであり、多くのオリフィスを備えたガスインジェクションリング５に供給される。このガスインジェクションリング５は、放射状に均一にガスを放出させるとともに、ガスマニホールドの内部への反応生成物の逆流を防止するものである。
【００４０】
そして、基板は、下部プロセスチャンバ２の内部に配置されたホットプレート６、ベローズ７、及びセラミックス真空遮断器８の組立体を含んで構成されたウェーハサセプタ（ホットプレート６）の上に載置される。ホットプレート６は、所望とする優れたコーティングを実現するために、ガスの流れを放射状方向で均一にするために、ガスインジェクションリング５と基板との間隔を適宜調節できるように構成される。たとえば、本発明にあっては、ホットプレート６がガスインジェクションリング５に対して、ベローズ７を介して移動可能に構成することができる。
【００４１】
また、セラミックス真空遮断器８は、前記ウェーハサセプタを下部プロセスチャンバ２から所定距離で隔離させて基板が浮遊した電位を有するようにする。反応生成物は、排出ポート１０を通じて排気される。プラズマ反応が生起される反応器３は、図２（Ｂ）に示すように、環状の内部チャンネル３３を有して構成されている。さらに、この反応器３は、相異なる直径を有する２つの誘電性シリンダ３１、３２から構成されている。
【００４２】
この２つの誘電性シリンダ３１、３２のうち、内側シリンダ３１は、下部が閉鎖され、上部が開放された構造を備えている。一方、外側シリンダ３２は下部が開放され、上部が閉鎖された構造を備えている。本発明では、このように２つの誘電性シリンダ３１、３２で挟まれた空間で構成される環状ｃルで、プラズマ１４が生成され、かつこのプラズマ１４が輸送される。
【００４３】
チャンネル３３の下部の断面構造は、底部が環状に形成され、この底部から上部に向かって次第に環状から円形に移行するように構成されている。内部シリンダ３１の下部の周囲１８は、プラズマソースの軸心方向に沿った部分で荷電された中性の化学種の流動性を変化させるバッフルの役割を果たす。このような構造を有する本発明に係る誘導結合プラズマ装置で、反応器３は、以下のような効果を奏する。
【００４４】
（１）実際のプラズマの体積を最小化して特定パワーで蒸着を増加させる。
（２）反応生成物の逆流を最小化してプラズマとの混合を抑制する。
（３）中性の化学種の速度の均一性を高める。
（４）イオンポンピングにより引き起こされた中性の化学種の枯渇を最小限抑えてプラズマソースの出口で中性の化学種の均一性を高めて放射状に放出させる。
【００４５】
図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、反応器３の周囲とプラズマソースチャンバ１５との間の空間にヘリカルインダクタコイル４が配置される。この空間では、低い圧力で放電を生じさせることが可能であり、その結果、ヘリカルインダクタコイル４でスパッタリングが生じる。しかし、このようなプロセスの圧力は、通常、０．１３３〜１．３３Ｐａ（１〜１０ｍＴｏｒｒ）程度の比較的低い圧力が要求される。
【００４６】
このようにヘリカルインダクタコイル４で生じるスパッタリングの問題は、図１及び図２（Ａ）に示すようなシャッタ９の導入によって解決される。シャッタ１０は、上部プラズマソースチャンバ１と下部プロセスチャンバ２との間に設けられ、前記両者の間にある開口部１９がシャッタ９により開放されたり（図１参照）、閉鎖されたりする（図２（Ａ）参照）。
【００４７】
シャッタ９が開放されると、上部プラズマソースチャンバ１及び反応器３のプラズマソースの全体が排気される。また、シャッタ９が閉鎖されて反応器３の外壁と上部プラズマソースチャンバ１の内壁との間に不活性ガスが導入され、反応器３の内部の圧力と下部プロセスチャンバ２の圧力とが同一になると、ヘリカルインダクタコイル４におけるスパッタリングを抑止するために充分に高い圧力が維持される。さらに、シャッタ９はヘリカルインダクタコイル４の近傍への反応生成物の逆流を防止する役割を果たす。
【００４８】
上部プラズマソースチャンバ１の内部に設けられたプラズマソースにおいて、ガスの流れの放射状方向での均一性は２つのガス分散板１３の形態によって支配されるので、このガス分散板の形態を適宜設定することにより前記プラズマソースにおけるガスの流れの放射状方向での均一性が向上される。
【００４９】
このため、ガス分散板１３は、たとえば図３に示すように、反応器３の環状チャンネル３３の上部に適宜間隔をおいて設置することができる。このガス分散板１３は、図３に示すように、対称な多数の分散オリフィスを有する環状のガス分散板として構成されている。そして、このガス分散板１３は、シャッタ９とともに、前記プラズマソース及びガスマニホールドへのガスの逆流を防止する圧力分散を誘起する役割を果たす。
【００５０】
ここで、図２に示すように、反応器３において、内部シリンダ３１の下部の圧力、すなわちプロセス圧力をＰとし、内部シリンダ３１、外部シリンダ３２及びガス分散板１３で囲まれた空間の圧力をＰ１、Ｐ２とし、さらにインダクタコイル４が配置されている領域の圧力をＰ３とすると、これらの圧力Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の大きさの関係はＰ＜Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３となっている。
【００５１】
本発明にあっては、図１の本発明に係る１実施形態に例示するように、たとえば、ホットプレート６、ベローズ７、及びセラミックス真空遮断器８の組立体を含んで構成されるようなウェーハサセプタが、下部プロセスチャンバ２に対して電気的に浮遊した状態にあるかぎり、このウェーハサセプタに補助的な効果を与える電源部（パワーサプライ）を連結することが可能である。
【００５２】
すなわち、この補助的な効果を与える電源部は、前記ウェーハの近傍に導入されたガスの励起状態を適切に制御して、このガスを効率的にイオン化する効果を具現するために連結されるものである。したがって、この電源部は、低周波の電圧、またはバイポーラＤＣ（直流）のパルス電圧を供給するように構成されることが必要である。
【００５３】
このような補助的な電源部は、従来の各種の蒸着プロセス（工程）に多用されているが、遠隔（リモート）プラズマＣＶＤにおいては成膜速度が極めて遅くなる。本発明では、高密度プラズマソース側に比較的高い電力を供給する電源部と、ウェーハサセプタ側に比較的低い電力を供給する電源部の２つの電源部が、前記下部プロセスチャンバ２に供給される反応物の供給パルス動作と同期してパルス動作を行い、ラジカルアシストシーケンシャル（ｒａｄｉｃａｌ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ；ＲＡＳ）法による蒸着を実現することができるように構成されている。
【００５４】
このため、前記比較的高い電力におけるパルスは、ある反応物（たとえば、Ｏ2ガス）を供給するパルス動作と同期され、また、前記比較的低い電力におけるパルスは、他の反応物（たとえば、ＳｉＨ4ガス）を供給するパルス動作と同期される。
【００５５】
本発明に係る改良されたＲＡＳ法による蒸着のプロセス（工程）を図４に示す。図４に示す本発明に係る改良されたＲＡＳ法による蒸着のプロセスは、前記ウェーハサセプタに供給される電圧のパルス動作によって分子の前駆体を励起する点で、従来技術のＲＡＳ法による蒸着のプロセスとは異なっている。
【００５６】
以上、本発明で望ましい１例の実施形態について具体的に説明したが、本発明の属する技術分野における当業者であれば、本発明に係る技術的思想に基づき、このような本発明に係る実施形態に各種の変形や修正を容易に行えることは明らかである。よって、本願発明の技術的範囲は、本願明細書の特許請求の範囲によって定められるべきである。本願明細書に記載された技術内容は単なる例示に過ぎず、本願明細書の特許請求の範囲に基づく限りにおいて、本願明細書で詳細に説明された本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したとおりに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明によれば、実際のプラズマの体積が最小化され、特定のパワーでの蒸着が促進されるとともに、反応生成物の逆流が抑えられてこの反応生成物とプラズマとの混合が抑止され、中性の化学種の蒸着速度の均一性が向上された誘導結合プラズマ装置を提供することができる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、イオンポンピングによって生じる中性の化学種の枯渇が防止されて、プラズマソースの出側で中性の化学種の放射状方向での流れの均一性を改善した誘導結合プラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導結合プラズマ装置の一実施形態の構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図２】図１に示す本発明に係る誘導結合プラズマ装置に含まれる上部プラズマソースチャンバの構成を模式的に示す図であって、図２（Ａ）は、図１に示す上部プラズマソースチャンバの部分拡大図であり、図２（Ｂ）は、図１に示す上部プラズマソースチャンバの横断面図である。
【図３】図１に示す本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、上部プラズマソースチャンバの上部に設置されるガス分散板の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明によって変更されたラジカルアシストシーケンシャル（ＲＡＳ）法による蒸着工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 上部プロセスチャンバ
２ 下部プラズマソースチャンバ
３ 反応器
４ ヘリカルインダクタコイル
５ ガスインジェクションリング
６ ホットプレート
７ ベローズ
８ セラミックス真空遮断器
９ シャッタ
１０ 排出ポート
１１ ＲＦケーブル
１２ ベローズ手段
１３ ガス分散板
１４ プラズマ
１５ プラズマソースチャンバ
２０ ガスマニホールド
３１、３２ 誘電性シリンダ
３３ チャンネル
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）に適用される誘導結合プラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の加工に用いられるプラズマプロセス（工程）は、比較的低い温度かつ高い効率で行うことが可能という利点を有している。たとえば、シリコン酸化物の蒸着では、Ｏ2のプラズマソースとＳｉＨ4とを用いて、２００℃以下の温度で、１００〜５００ｎｍ／分という蒸着速度を具現することが可能である。
【０００３】
しかし、その際、比較的大きな面積（たとえば、直径３００ｍｍのウェーハ）に、膜厚の均一性が高いコーティングを具現するためには、前記プラズマソースで極めて高い効率でプラズマを生成する必要があり、さらに、単位時間当たりに単位面積を横切って流れる量（フラックス）が均一なプラズマを形成することが必要である。そこで、このような要求を満足させるために、当該分野においては、各種の高密度プラズマソース（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ；以下、「ＨＤＰ」という）が用いられている。
【０００４】
前記ＨＤＰの開発史を紐解いてみると、ＨＤＰの開発はＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマの応用に始まり、現在では、その応用技術の大部分が高周波で駆動される誘導結合プラズマ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｒｉｖｅｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；以下、「ＩＣＰ」という）に帰着している。
【０００５】
前記ＩＣＰのソースは、設計が比較的簡単であり、しかも、比較的広い出力の範囲と圧力ウィンドウとを有して、その動作に補助的なマグネットを必要としない。そして、蒸着やエッチングを高い効率で行えるように改善されたＩＣＰ装置として、フラットスパイラルコイルから構成されたインダクタが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、前記ＩＣＰ装置は、このＩＣＰ装置が提案される以前から指摘されてきている、ＩＣＰのソースに起因する欠点を有している。すなわち、コイルによってプロセスチャンバへ供給されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のパワーは、一般に、石英から構成された誘電体のウィンドウを介して供給されることが必要である。この誘電体のウィンドウは、大気圧に対する耐圧性を満たすために数ｃｍ程度の厚さが要求される。そして、装置の規模が大きくなるにつれて、要求される前記誘電体のウィンドウの厚さは次第に厚くなる。さらに、前記誘電体のウィンドウの真空側の面は、コイルの高い電圧、及び極めて大きな容量結合によって誘起されるスパッタリングの作用を受ける。
【０００７】
また、ヘリカルインダクタコイルの共振条件の下で動作するＩＣＰのソースの一種であるヘリカル共振器が提案されている（特許文献２参照）。このヘリカル共振器における共振は、ＲＦの電磁場に関連して放電を生じさせるインダクタワイヤの長さＬを、波長λに対して適宜調節することにより実現される。この共振条件は、Ｌ＝（λ／４）×ｍの式で表される。前記式中、ｍは整数である。このｍの値は、インダクタにおける定在波（スタンディングウエーブ）のモードと一義的に対応する。
【０００８】
また、ＩＣＰ装置に含まれるコイルは、終端部が電気的に接地または浮遊され、電流と電圧の波形に対する境界条件を決定づけるものである。このコイルでＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を発生させるための電力（パワー）が印加される部分は、通常、コイルの両端部の間の略中間部である。そして、前記境界条件、及び前記インダクタワイヤの長さが変化することにより、このプラズマソースは、寄生容量結合の効果が安定化される（非特許文献１参照）。
【０００９】
前記プラズマソースは、円筒状の幾何学構造を有するとともに誘電体から形成されるプラズマを封入するための容器を備えることが必要である。このプラズマを封入する容器は、一般に、円筒状の石英管で形成されて真空チャンバとしての機能を有し、その内部でプラズマによる反応を誘起させる反応器として構成される。そして、このようなプラズマソースがＨＤＰに適用されている。
【００１０】
さらに、前記プラズマソースに含まれるインダクタは接地された表面に対するプラズマ電位を最小化するようにバランスがとられ、その結果、前記反応器を構成する材料におけるスパッタリングが最小化されるようになっている。このようなインダクタは、１３３．３２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）またはこれより高い圧力の下で行われる乾式エッチングに応用されており、極めて高いエッチング効率、及び放射状に広がった広範な領域で極めて高いエッチング均一性を発揮する。
【００１１】
それにも拘わらず、前記インダクタは、圧力が１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下になると、円筒状の幾何学構造を有するＨＤＰは、軸心方向に沿った領域で中性の化学種の枯渇を生じさせるイオンポンピング効果により、ガス流れの放射状の方向における均一性を失ってしまう。このイオンポンピング効果は、特に、低圧かつ高温、たとえば、荷電粒子の濃度が高い条件の下で、さらに促進される。そして、重要な点は、均一性の高い中性の化学種を生起させるには、大面積のプラズマソースが必要とされることである（非特許文献２参照）。
【００１２】
従来のＩＣＰの応用技術では、通常、前記インダクタが真空チャンバの外部に配置されているが、このようなインダクタの外部配置の形態は、以下のような問題点を招来する。
【００１３】
すなわち、第１の問題点は、前記ヘリカルインダクタ、または、前記フラットスパイラルインダクタの場合、誘電体のポートが広い面積を有するために、誘電体の真空容器が比較的大きくなるとともに複雑化することである。
【００１４】
第２の問題点は、外部に設けられるインダクタは、超高電圧（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＵＨＶ）の設計と互換性がないことである。
【００１５】
第３の問題点は、ウェーハサセプタの表面積が電気的に接地された領域の面積に比べて小さく、このため、ＲＦを発生させるために高い電力（パワー）を印加しなくても基板上で負（ネガティブ）電圧を制御できるように構成されることが望ましいが、現状では、前記ウェーハサセプタに対するチャンバの導電性部分の比率が非常に小さい。
【００１６】
第４の問題点は、装置の規模をあまり大きくできないことである。
ラジカルアシストシーケンシャル化学気相蒸着（Ｒａｄｉｃａｌ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＲＡＳ ＣＶＤ）法の工程に適用されたＨＤＰソースが公知となっている（たとえば、特許文献３参照）。前記ＲＡＳ ＣＶＤ法の原理は、時分割的に２つの前駆体が基板に供給されるという点で、たとえば、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）法と類似している。
【００１７】
しかし、前記ＲＡＳ ＣＶＤ法においては、前駆体のいずれか１種がラジカル種であり、化学的に安定した成分ではない。この点が前記ＡＬＤ法とは異なっている。このようなＲＡＳ ＣＶＤ法は、原子層（モノレイヤー）レベルでの精密な蒸着によって薄膜形成の過程を高度に制御できるので、必要にして充分な膜厚の均一性を具現することが可能な技術である。しかし、このようなＲＡＳ ＣＶＤ法において生成される前駆体のうちの１種は、基板に対する吸着確率が低い成分、換言すれば、化学的に安定した成分であると、この工程はあまり効率的なものとはならない。
【００１８】
【特許文献１】
米国特許第６，１８４，１５８号明細書（全頁）
【特許文献２】
米国特許第５，９６５，０３４号明細書（全頁）
【特許文献３】
米国特許第６，２００，８９３号明細書（全頁）
【非特許文献１】
Ｇ．Ｋ．Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖ．著「タイトル：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｂａｌａｎｃｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅｓ．」（雑誌名：Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第９巻（２０００年）、ｐ４００〜４１２
【非特許文献２】
Ｇ．Ｒ．Ｔｙｎａｎ．著「タイトル：Ｎｅｕｔｒａｌ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎｌａｒｇｅ−ａｒｅａ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａｓｏｕｒｃｅｓ」（雑誌名：Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第８６巻（１９９９年発行）、ｐ５３３６
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を改善するためになされたものであって、その目的は、プラズマソースからラジカルを放射状に分散させて放出させるとともに、このように放出されるラジカルの均一性をより高めた誘導結合型の高密度プラズマ装置を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、インダクタにおけるスパッタリングを抑止して、ガスの反応生成物がインダクタに向けて逆流することを防止した誘導結合型の高密度プラズマ装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る誘導結合プラズマ装置は、基板が備えられるウェーハサセプタが設けられる下部プロセスチャンバと、前記下部プロセスチャンバの上部に設けられる上部プラズマソースチャンバと、前記上部プラズマソースチャンバ内に設けられ、ガスが流動するチャンネルを有してプラズマ反応物を前記下部プロセスチャンバに供給する反応器と、前記上部プラズマソースチャンバと反応器との間に設けられ、前記反応器を囲繞するインダクタと、前記インダクタが設置される反応器の周囲の空間と前記下部プロセスチャンバとの間に設けられる開口部、及びこの開口部を開閉するシャッタとを具備して構成される（請求項１）。
【００２２】
前記誘導結合プラズマ装置において、反応器は、内部シリンダと、この内部シリンダを囲繞する外部シリンダと、内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルとを具備し、さらに、前記環状チャンネルの上部は前記上部プラズマソースチャンバの外部から延びるガスマニホールドと連結されて構成されることが望ましい（請求項２）。
【００２３】
本発明に係る一実施態様は、前記内部シリンダは底部に向かって次第に狭く形成され、それにともなって前記内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルの底部が次第に円形に変化するように構成される（請求項３）。
【００２４】
また、本発明は、前記一実施態様の誘導結合プラズマ装置において、環状チャンネルの上部に、多数のオリフィスを備えるガス分散板を設けることができる（請求項４）。
【００２５】
より具体的には、前記環状チャンネルの上部に、ガス分散板を、所定距離をおいて複数設けることができる（請求項５）。
【００２６】
また、前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、ウェーハサセプタは、下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊するように構成される（請求項６）。
【００２７】
本発明では、特に、前記ウェーハサセプタが、下部プロセスチャンバに対してその下部が設置されるセラミックス振動遮断器により支持されるとともに下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊するように構成されることが望ましい（請求項７）。
【００２８】
前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、上部プラズマソースチャンバで、インダクタが設置される反応器の周囲の空間にパージ用不活性ガスが供給されることが望ましい（請求項８）。
【００２９】
また、本発明は、前記インダクタの長さが高周波電磁場フィールドの１／４波長と同一であることが望ましい（請求項９）。
【００３０】
そして、本発明は、高周波のパワーが前記インダクタの両端部の間の一捲回で供給され、前記インダクタの両端は接地または電気的に浮遊するように構成されることがさらに望ましい（請求項１０）。
【００３１】
また、本発明は、前記プラズマソースにより高周波または低周波電磁場が周期的に、または与えられたシーケンスに従って、断続されることが望ましい（請求項１１）。
【００３２】
そして、前記の本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、基板に直流電圧のバイポーラパルスが印加されることが望ましい（請求項１２）。
【００３３】
また、本発明は、前記電磁場のパルスと前記ガス供給パルスとが同期され、ガスがシーケンシャルで供給されることによって、改良されたラジカルアシストシーケンシャル（ＲＡＳ）法による蒸着工程を実行することが望ましい（請求項１３）。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る誘導結合プラズマ装置の望ましい１実施形態の構造を模式的に示す図である。図１に示すように、本発明に係る誘導結合プラズマ装置は上部プラズマソースチャンバ１と下部プロセスチャンバ２とを含んで構成される。
【００３５】
プラズマソースは上部プラズマソースチャンバ１の内部に設けられている。このプラズマソースはヘリカルインダクタコイル４とプラズマ反応器３とを含んで構成される。プラズマ反応が誘起される反応器３は、ナット及びベローズ１２等で、Ｏ2、Ｎ2、Ａｒ等のガスを供給するガスマニホールド２０と連結されている。反応器３でプラズマを生起するためのＲＦを発生させる電力を投入するＲＦ電源部（ＲＦパワー）は、ＲＦケーブル１１とＲＦフィードスルー（図示せず）を介して、誘電性シリンダ３２の外側面に捲回されているヘリカルインダクタコイル４の略中間部に連結され、さらに、ヘリカルインダクタコイル４の両端部は接地されている。
なお、参照番号１４は、反応器３の内部で誘起されたプラズマを示す。
【００３６】
ここで、ヘリカルインダクタコイル４の全長は、ＲＦの発生によって生起される電磁場の総波長と同一である。このような条件の下で、電圧及び電流の定在波（スタンディングウエーブ）がヘリカルインダクタコイル４で形成される。比較的大規模なシステムでは、ヘリカルインダクタコイル４に沿った電流及び電圧の偏向を防止できる長さ（短さ）でインダクタワイヤを作製することが困難である。このため、ヘリカルインダクタコイル４は、適切な共振を生起させるためのチューニングが行えるような長さを有するように形成されることが望ましい。
【００３７】
また、プラズマソースは、Ｏ2、Ｎ2、Ｃ2Ｆ6、Ａｒ、Ｈｅより構成される群の中から選択される１種、またはこれらを適宜混合して得られたガスが反応器３を通過する際に、プラズマによってラジカルのフラックスを適切に発生させるためのものである。
【００３８】
反応器３でプラズマ反応が誘起されるとこの反応器３の下端部が開放されて、この反応器３からプラズマ反応の生成物が下方に流動可能となって下部プロセスチャンバ２に導入される。他の反応物は、当該分野で従来公知のリモート（遠隔）プラズマの原理に基づいて下部プロセスチャンバ２に直接供給される。すなわち、この反応物は、プラズマの雰囲気に曝されることなく下部プロセスチャンバ２に直接供給されるので、この反応物の蒸着は抑止される。
【００３９】
前記反応物は、ＳｉＨ4ガス等、不活性ガスと混合される反応ガスであり、多くのオリフィスを備えたガスインジェクションリング５に供給される。このガスインジェクションリング５は、放射状に均一にガスを放出させるとともに、ガスマニホールドの内部への反応生成物の逆流を防止するものである。
【００４０】
そして、基板は、下部プロセスチャンバ２の内部に配置されたホットプレート６、ベローズ７、及びセラミックス真空遮断器８の組立体を含んで構成されたウェーハサセプタ（ホットプレート６）の上に載置される。ホットプレート６は、所望とする優れたコーティングを実現するために、ガスの流れを放射状方向で均一にするために、ガスインジェクションリング５と基板との間隔を適宜調節できるように構成される。たとえば、本発明にあっては、ホットプレート６がガスインジェクションリング５に対して、ベローズ７を介して移動可能に構成することができる。
【００４１】
また、セラミックス真空遮断器８は、前記ウェーハサセプタを下部プロセスチャンバ２から所定距離で隔離させて基板が浮遊した電位を有するようにする。反応生成物は、排出ポート１０を通じて排気される。プラズマ反応が生起される反応器３は、図２（Ｂ）に示すように、環状の内部チャンネル３３を有して構成されている。さらに、この反応器３は、相異なる直径を有する２つの誘電性シリンダ３１、３２から構成されている。
【００４２】
この２つの誘電性シリンダ３１、３２のうち、内側シリンダ３１は、下部が閉鎖され、上部が開放された構造を備えている。一方、外側シリンダ３２は下部が開放され、上部が閉鎖された構造を備えている。本発明では、このように２つの誘電性シリンダ３１、３２で挟まれた空間で構成される環状ｃルで、プラズマ１４が生成され、かつこのプラズマ１４が輸送される。
【００４３】
チャンネル３３の下部の断面構造は、底部が環状に形成され、この底部から上部に向かって次第に環状から円形に移行するように構成されている。内部シリンダ３１の下部の周囲１８は、プラズマソースの軸心方向に沿った部分で荷電された中性の化学種の流動性を変化させるバッフルの役割を果たす。このような構造を有する本発明に係る誘導結合プラズマ装置で、反応器３は、以下のような効果を奏する。
【００４４】
（１）実際のプラズマの体積を最小化して特定パワーで蒸着を増加させる。
（２）反応生成物の逆流を最小化してプラズマとの混合を抑制する。
（３）中性の化学種の速度の均一性を高める。
（４）イオンポンピングにより引き起こされた中性の化学種の枯渇を最小限抑えてプラズマソースの出口で中性の化学種の均一性を高めて放射状に放出させる。
【００４５】
図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、反応器３の周囲とプラズマソースチャンバ１５との間の空間にヘリカルインダクタコイル４が配置される。この空間では、低い圧力で放電を生じさせることが可能であり、その結果、ヘリカルインダクタコイル４でスパッタリングが生じる。しかし、このようなプロセスの圧力は、通常、０．１３３〜１．３３Ｐａ（１〜１０ｍＴｏｒｒ）程度の比較的低い圧力が要求される。
【００４６】
このようにヘリカルインダクタコイル４で生じるスパッタリングの問題は、図１及び図２（Ａ）に示すようなシャッタ９の導入によって解決される。シャッタ１０は、上部プラズマソースチャンバ１と下部プロセスチャンバ２との間に設けられ、前記両者の間にある開口部１９がシャッタ９により開放されたり（図１参照）、閉鎖されたりする（図２（Ａ）参照）。
【００４７】
シャッタ９が開放されると、上部プラズマソースチャンバ１及び反応器３のプラズマソースの全体が排気される。また、シャッタ９が閉鎖されて反応器３の外壁と上部プラズマソースチャンバ１の内壁との間に不活性ガスが導入され、反応器３の内部の圧力と下部プロセスチャンバ２の圧力とが同一になると、ヘリカルインダクタコイル４におけるスパッタリングを抑止するために充分に高い圧力が維持される。さらに、シャッタ９はヘリカルインダクタコイル４の近傍への反応生成物の逆流を防止する役割を果たす。
【００４８】
上部プラズマソースチャンバ１の内部に設けられたプラズマソースにおいて、ガスの流れの放射状方向での均一性は２つのガス分散板１３の形態によって支配されるので、このガス分散板の形態を適宜設定することにより前記プラズマソースにおけるガスの流れの放射状方向での均一性が向上される。
【００４９】
このため、ガス分散板１３は、たとえば図３に示すように、反応器３の環状チャンネル３３の上部に適宜間隔をおいて設置することができる。このガス分散板１３は、図３に示すように、対称な多数の分散オリフィスを有する環状のガス分散板として構成されている。そして、このガス分散板１３は、シャッタ９とともに、前記プラズマソース及びガスマニホールドへのガスの逆流を防止する圧力分散を誘起する役割を果たす。
【００５０】
ここで、図２に示すように、反応器３において、内部シリンダ３１の下部の圧力、すなわちプロセス圧力をＰとし、内部シリンダ３１、外部シリンダ３２及びガス分散板１３で囲まれた空間の圧力をＰ１、Ｐ２とし、さらにインダクタコイル４が配置されている領域の圧力をＰ３とすると、これらの圧力Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の大きさの関係はＰ＜Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３となっている。
【００５１】
本発明にあっては、図１の本発明に係る１実施形態に例示するように、たとえば、ホットプレート６、ベローズ７、及びセラミックス真空遮断器８の組立体を含んで構成されるようなウェーハサセプタが、下部プロセスチャンバ２に対して電気的に浮遊した状態にあるかぎり、このウェーハサセプタに補助的な効果を与える電源部（パワーサプライ）を連結することが可能である。
【００５２】
すなわち、この補助的な効果を与える電源部は、前記ウェーハの近傍に導入されたガスの励起状態を適切に制御して、このガスを効率的にイオン化する効果を具現するために連結されるものである。したがって、この電源部は、低周波の電圧、またはバイポーラＤＣ（直流）のパルス電圧を供給するように構成されることが必要である。
【００５３】
このような補助的な電源部は、従来の各種の蒸着プロセス（工程）に多用されているが、遠隔（リモート）プラズマＣＶＤにおいては成膜速度が極めて遅くなる。本発明では、高密度プラズマソース側に比較的高い電力を供給する電源部と、ウェーハサセプタ側に比較的低い電力を供給する電源部の２つの電源部が、前記下部プロセスチャンバ２に供給される反応物の供給パルス動作と同期してパルス動作を行い、ラジカルアシストシーケンシャル（ｒａｄｉｃａｌ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ；ＲＡＳ）法による蒸着を実現することができるように構成されている。
【００５４】
このため、前記比較的高い電力におけるパルスは、ある反応物（たとえば、Ｏ2ガス）を供給するパルス動作と同期され、また、前記比較的低い電力におけるパルスは、他の反応物（たとえば、ＳｉＨ4ガス）を供給するパルス動作と同期される。
【００５５】
本発明に係る改良されたＲＡＳ法による蒸着のプロセス（工程）を図４に示す。図４に示す本発明に係る改良されたＲＡＳ法による蒸着のプロセスは、前記ウェーハサセプタに供給される電圧のパルス動作によって分子の前駆体を励起する点で、従来技術のＲＡＳ法による蒸着のプロセスとは異なっている。
【００５６】
以上、本発明で望ましい１例の実施形態について具体的に説明したが、本発明の属する技術分野における当業者であれば、本発明に係る技術的思想に基づき、このような本発明に係る実施形態に各種の変形や修正を容易に行えることは明らかである。よって、本願発明の技術的範囲は、本願明細書の特許請求の範囲によって定められるべきである。本願明細書に記載された技術内容は単なる例示に過ぎず、本願明細書の特許請求の範囲に基づく限りにおいて、本願明細書で詳細に説明された本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したとおりに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明によれば、実際のプラズマの体積が最小化され、特定のパワーでの蒸着が促進されるとともに、反応生成物の逆流が抑えられてこの反応生成物とプラズマとの混合が抑止され、中性の化学種の蒸着速度の均一性が向上された誘導結合プラズマ装置を提供することができる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、イオンポンピングによって生じる中性の化学種の枯渇が防止されて、プラズマソースの出側で中性の化学種の放射状方向での流れの均一性を改善した誘導結合プラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導結合プラズマ装置の一実施形態の構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図２】図１に示す本発明に係る誘導結合プラズマ装置に含まれる上部プラズマソースチャンバの構成を模式的に示す図であって、図２（Ａ）は、図１に示す上部プラズマソースチャンバの部分拡大図であり、図２（Ｂ）は、図１に示す上部プラズマソースチャンバの横断面図である。
【図３】図１に示す本発明に係る誘導結合プラズマ装置において、上部プラズマソースチャンバの上部に設置されるガス分散板の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明によって変更されたラジカルアシストシーケンシャル（ＲＡＳ）法による蒸着工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 上部プロセスチャンバ
２ 下部プラズマソースチャンバ
３ 反応器
４ ヘリカルインダクタコイル
５ ガスインジェクションリング
６ ホットプレート
７ ベローズ
８ セラミックス真空遮断器
９ シャッタ
１０ 排出ポート
１１ ＲＦケーブル
１２ ベローズ手段
１３ ガス分散板
１４ プラズマ
１５ プラズマソースチャンバ
２０ ガスマニホールド
３１、３２ 誘電性シリンダ
３３ チャンネル
Claims (13)
- 基板が備えられるウェーハサセプタを有する下部プロセスチャンバと、
前記下部プロセスチャンバの上部に設けられる上部プラズマソースチャンバと、
前記上部プラズマソースチャンバ内に設けられ、ガスが流動するチャンネルを有してプラズマ反応物を前記下部プロセスチャンバに供給する反応器と、
前記上部プラズマソースチャンバと反応器との間に設けられ、前記反応器を囲繞するインダクタと、
前記インダクタが備えられた反応器の周囲の空間と前記下部プロセスチャンバとの間に配置される開口部、及びこの開口部を開閉するシャッタと、
を具備して構成される誘導結合プラズマ装置。 - 前記反応器は、内部シリンダと、この内部シリンダを囲繞する外部シリンダと、前記内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルとを具備し、さらに、
前記環状チャンネルの上部は、前記上部プラズマソースチャンバの外部から延びるガスマニホールドと連結されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ装置。 - 前記内部シリンダは底部に向かって次第に狭くなるように形成され、それにともなって前記内部シリンダと外部シリンダとの間に設けられる環状チャンネルの底部が次第に円形に変化するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記環状チャンネルの上部に、多数のオリフィスを備えるガス分散板が設けられて構成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記環状チャンネルの上部に設けられるガス分散板は、所定距離をおいて複数設けられて構成されることを特徴とする請求項４に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記ウェーハサセプタは、前記下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記ウェーハサセプタは、下部プロセスチャンバに備わるセラミックス振動遮断器によって支持されるとともに、下部プロセスチャンバに対して電気的に浮遊していることを特徴とする請求項６に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記上部プラズマソースチャンバでは、前記インダクタが配置される反応器の周囲の空間に、パージ用不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記インダクタの長さは、高周波電磁場の１／４波長であることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 高周波のパワーは、前記インダクタの両端部の間の一捲回で供給され、前記インダクタの両端は接地または電気的に浮遊していることを特徴とする請求項９に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 高周波および低周波の電磁場が周期的に、または与えられたシーケンスに従って、断続されることを特徴とする請求項１または請求項９に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記基板に直流電圧のバイポーラパルスが印加されることを特徴とする請求項１または請求項９に記載の誘導結合プラズマ装置。
- 前記電磁場のパルスは、前記ガスを供給するためのパルスと同期されるとともに、ガスがシーケンスで供給されることにより、改良されたラジカルアシストシーケンシャル（ＲＡＳ）法による蒸着工程を実行することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の誘導結合プラズマ装置。
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