JPH0215623A - 磁場エンハンス型プラズマエッチ反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマエツチング及び反応性イオンエツチ
ング（ＲＩＥ）両モードでのプラズマエツチングに通し
た磁場エンハンス（向上）型プラズマエッチ反応器と、
半導体、導体及び誘導物質をエツチングするための関連
処理に関する。

（従来の技術） ここ数年、−層高いデバイス密度と一層小さい最小の形
状サイズを求める傾向によって、Ｉｃ製造技術は湿式化
学エツチングから、乾式つまりプラズマエツチング技術
へと移行してきた。

この技術分野には、少なくとも３種類のプラズマエツチ
ング装置（システム）が含まれる。第１図は平行平板プ
ラズマ型の、複数ウェハ用化学エツチング装置１０を示
し、装置１０は密閉された反応室１１を備え、室内を部
分的に排気するための真空ポンプへの接続部１２と、弁
制御式の導管機構１４を介して室内へ反応性ガスを導く
ためのガス供給源１３が付設されている。また装置１０
は、ＲＦ（ラジオ周波数）エネルギーを陰極構造体１７
に供給し７、アース陽極１８を用いてエネルギー源１７
も備えている。複数のウヱハ１９が、陰極１７と共に平
行平板を構成するように延びたアース電極１８上に配置
される。真空ポンプへの接続は、陰極１８と陰極１７の
間の領域に反応性ガスを引き入れ、陰極１７に供給され
たＩ？Ｆエネルギーで形成された反応性ガスのプラズマ
をそこに閉じ込めるように構成されている。

第２図は平行平板反応性イオンエツチングモードの、プ
ラズマエツチング装置２０を示し、この装置２０も実質
上密閉された反応室２１を備え、室内を部分的に排気す
るための真空ポンプへの接続部２２と、弁制御式の導管
機構２４を介して室内へ反応性ガスを導くためのガス供
給源２３と、ＲＦエネルギーを陰極構造体１７に供給す
るＲＦ電力供給源２６と、アース陽極１Ｂとが付設され
ている。第１図のプラズマ装置１０と異なり、この反応
性イオンエツチング装置２０では、陽極２６からシール
ドされ分離された陰極１７上に複数のウェハ１９が配置
される。

第３図は別のＲＩ　Ｅモードエツチング装置３゜を概略
的に示し、これは前記の両反応器１０及び２０と同様、
米国カルフォルニア州すンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅ
ｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｃ、から市販されている
。装置３０は円筒状の反応室３１．ＲＦ電源３６に接続
された六角形の陰極３７、及び真空ポンプに接続された
排気ボート３２を備えている。

反応室３１の周囲壁とベース板３８が、装置のアース陽
極を形成する。ガス供給ｔＡ３３がボート３４を介して
室３１に、つまり導管３５を介して室頂部のガス配分リ
ング４１に連通されている。

平行平板プラズマ装置１０は、１００ミリトルから数ト
ルの圧力範囲で動作する比較的高圧の装置であり、従っ
てかなり大きい流量の反応ガスが装置内に導入される。

これに対し、反応性イオンエツチング装置２０と３０は
１から１００ミリトルの範囲の低圧で動作し、従ってか
なり低いガス流量を用いる。反応性イオンエツチング装
置２０と３０では、陰極の近くで活性化されたイオン種
が、陰極及びその上に配置されたウェハに対して直角な
、高い固有の指向性を有する。かなり大きい電力レベル
での高周波ＲＦエネルギーを用いることによって、比較
的低い濃度の活性種にも拘らず、ウェハ表面上の露出物
質領域をボンバードするイオンの運動量が活性種とエツ
チングすべき物質との間の化学的反応を強めているので
、両装置２０と３０でのエッチ速度（レート）は高めら
れる。また、指向性の高い機械的なイオンボンバードの
エッチ成分が等方性の化学的成分より優り、装置のエツ
チング特性に高い異方性を与える。

２０など（７）ＲＩＥ’ｌ−一ド装置は、Ｖ　Ｌ　Ｓ　
ＩやＵＬＳ　１回路の溝及びトレンチなどの非常に小さ
い形状をエツチングするのに適している。

次に、商業的に有効なＲＩＥモードエツチング反応器の
設計と選択において重要な因子と必要条件を示す。第１
に、デバイス製造の許容可能な歩留まりを与えるため、
ＲＩＥモード反応器は指向性、選択性、−補性、スルー
プット、低い粒子レベルなど幾つかの処理条件を満たさ
なければならない。第２に、例えばそのままでの自己ク
リーニング（自浄）能力を具備することによって、旧Ｅ
モードエッチ反応器はほとんどまたは全く保守を必要と
しないのが望ましい。その他の望ましい特徴には、工場
と反応器のオーｉ・メ化、小型の反応器サイズ、及び低
い製造コストが含まれる。

他の因子が等しい場合、前記後者の因子グループがバッ
チ型装置よりも単一ウェハ型装置の使用を有利としてい
る。さらに、単一ウェハ型装置の方がプロセス開発にと
って都合よく　（各プロセスの実行毎に高価なウェハを
１枚だけ使用）、バッチ内におけるウェハ相互間での一
様性の問題も生じない。

しかし、単一ウエバ型ＲＩＥ装置はエッチ速度とスルー
プットを高めるため、一般にプラズマモード及びＲＩＥ
モードどちらにおいても高圧（〉２００ｍＴ）で動作し
なければならない。ところが、高圧での動作は指向性と
選択性を残少させ、ＶＬＳＩｕｔ、ｓ　ｔデバイス製造
の厳しい条件を満たずのが困難になる。従って通例そう
であるように、他の条件が等しくなくなり、商業的に実
施可能な高いスループットと許容可能な指向性及び選択
性の特性を得るために、第２及び３図に示したエツチャ
ー２０と３０を含め、はとんどのＲＩＥモードエツチャ
ーは低圧のバッチ型反応器である。

第４図を参照すると、上記した現状技術の例外である単
一ウエバ型ＲＩＥモードエッチ反応器４０が示しである
。磁場エンハンス型のＲＩＥモードプラズマエツチング
装置４０は、発明者口ａｎＭａｙｄａｎ等の名前で１９
８７年５月２６日に発行され、同じく本出願人に譲渡さ
れた係属中の米国特許第４　、６（ｉ８　、３３８号、
名称「マグネトロンエンハンス型プラズマエツチング法
」に記載されている。

装置４０は、発明者Ｆｏｓ　ｔｅｒ等の名前で１９８７
年５月２６日に発行され、同じく本出願人に譲渡された
係属中の米国特許第４，６６８．３６５号、名称「マグ
ネトロンエンハンス型プラズマ補助化学的蒸着装置及び
方法」に開示されている磁場エンハンス型ＣＶＤ蒸着シ
ステムの変形である。両特許第４．６６８，３３８号と
第４，６６８，３６５号は、参照によってここに含まれ
るものとする。ＲＩＥモードエッチ反応器４０は、比較
的低圧の使用にも拘らず比較的高いエッチ速度を与える
のに磁場エンハンス型のエツチングを用いているため、
指向性と選択性を犠牲とせず高いスループットを与える
ことができ、その逆も可能である。また、ＲＩＥモード
エッチ反応器４０は、磁場エンハンス型ＲＩＥ装置内に
おけるプラズマと磁場との相互作用から生じる固有なエ
ツチングの非一様性も減少させる。

装置４０は、円筒状のステンレス鋼製真空室４３を備え
ている。フランジ付の陰極組体４２が、室４３内で絶縁
ボスト（図示せず）上に取り付けられている。一般に、
陰極４２は多角形で、アルミニウムなどの導電性且つ非
磁性の材料で形成された非磁性の反射端部４４Ａを有す
る。外側端部４４Ｂは、Ｍａｙｃｏｒｅ　　（登録商標
）などの絶縁材料で形成される。プラズマ動作用の電力
は、一般に１３．６ＭＨｚの系で、ＲＦ電力源と負荷整
合網を含み、陰極４２に接続されたＲ　Ｆ電源系４６か
ら供給される。反応ガスは、ガス貯蔵タンク／リザーバ
４９−４９で構成されたガス供給系４８から、１つ以上
の入口管またはリングマニホルド４７によって室４３の
内部に導かれる。

半導体ウェハ５５は陰極の側面に、ポストまたはクリッ
プなどの手段５１によって保持される。

矢印５２で示しであるように、反応ガスはウェハ基板の
表面を横切って流れ、１つ以上の排出出口５３から、真
空弁とＲｏｏｔｓ製送風機を介して機械的ポンプ（図示
せず）に放出される。

一般に銅コイルで形成される電磁石５４と５６が、室４
３の頂部と底部近くで、その周囲に配置されている。電
磁石は、コイル電流を反転することによって可逆の北及
び南極を形成する。

さらに第４図を参照すると、反応器装置４０のＲＩＥモ
ードプラズマエツチング動作時、選ばれたエツチングガ
スまたは混合物がガス供給源から入口管５２−５２を介
し、排気ポンプ系によって真空にされた反応室４３内に
導かれる。第５図に示すように、電源４６からのＲＦ電
力が印加されると、半導体ウェハ５５の近傍で反応ガス
の放電つまり電子、イオン及び解離された種のプラズマ
５７が形成される。また、電場Ｅがプラズマシールドつ
まり暗部空間を横切り、静電位のエツチングプラズマか
ら電極中央部の表面５８に向がって形成される。この電
場がシース（空間電荷層）を横切って電極表面から電子
を加速すると共に、同じくシースを横切って静のイオン
を電極及びウェハ５５へと加速し、ＲＩＥモードプラズ
マエツチングの特徴をなす指向性のイオンボンバードに
よるエッチ成分を与える。

可逆の磁場Ｂ（第５図）が、ウェハ基板５５と平行で且
つ電場Ｅと直角に室４３内に印加され、エッチプロセス
の特性を制御する。電子はこの磁場線によって閉じ込め
られ、電子が陰極表面５８から陽極４３へと容易に移動
するのを防ぐ。また、電場とＩｆｆ場両方がＥｘＢのド
リフト速度を電子に与えるため、電子は陰極表面に沿っ
て点から点へとドリフト移動しようとする。この結果電
子は、電極とウェハ基板に沿って正味のドリフト速度を
持つバンド内に集中される。反射端部４４Ａとの協働に
よって、ＥｘＢドリフト速度が電子をプラズマ内に閉じ
込めようとする。

前記したように、磁場エンハンス型ＲＩＥ装置内におけ
るプラズマと磁場との相互作用に伴う、固有な非一様性
という問題が存在する。プラズマ密度はＥｘＢの方向に
沿って下流側はど高くなり、より高いエッチ速度を与え
る。例示として、第４図のエツチャー４０の陰極４２の
部分拡大断面図である第５図を参照すれば、エッチ速度
は磁場の正側に対応したウェハの端部つまり片側５８で
大きくなる。２つの円筒状コイル５４と５６を流れる電
流を反転させると、ウェハを横切る磁場の方向がＢ′へ
と反転される。これによってプラズマの流れも反転され
るため、エッチ速度が高くなる側もウェハの反対側５９
へと切り換わる。つまり、磁場を反転させることにより
、固有なエツチングの非一様性は、エッチ速度及び全体
のエツチング量が静磁場の方向に沿ってウェハ全体にわ
たって平均化されるという点で、部分的に補償される。

その他の磁場補強型ＲＩＥエツチャーは、上記と異なる
技法を用いてエツチングの非一様性を最小限化しようと
試みている。例えば、一つの手法では、ウェハの下側に
永久磁石を取り付けて磁場を発生させ、これらの磁石を
機械的に移動して磁場の偏りを“消そう”としている。

しかし、この手法は非一様性を実際上解消できず、潜在
的に機械的動作の問題を有し、調整可能な磁場強度を与
えられない。知られている第２の手法でも、永久磁石を
用いて磁場を発生させ、また非一様性を最小限化するた
め非常に低い圧力を用いている。

当該技術の現況を要約すれば、現在のところ、前述した
１Ｏ１２０及び３０などのバッチ型反応器が、商業的な
ほとんどのプラズマエツチング及びＲＩＥモードプラズ
マエツチング反応器で使われている。バッチ型反応器は
比較的多数のウェハを一度に処理し、従って比較的高い
スループットを与える。一方、単一ウェハ型反応器は前
述したように、オートメ化、小型、低製造コスト、及び
バッチ内におけるウェハ間での一様性の問題がないなど
幾つかの利点を有し、この点が単一ウェハ型反応器を、
特に直径６インチ及び８インチのウェハなど大きくて高
価なウェハのエツチングに有利なものとしている。しか
し、残念ながらこれまで、エッチ速度、スループット、
指向性／選択性、及びウェハ内での一様性と相互に関連
した問題が、単一ウェハ型エッチの潜在的な利点の充分
な利用を妨げてきた。

（発明が解決しようとする課８） 本発明の一つの目的は、高いエッチ速度と高いエッチ−
補性を与えると共に、他の処理条件をも満たす単一ウェ
ハ型エッチ反応器を提供することにある。

本発明の別の目的は、そのままでの自己クリーニング能
力を具備したエッチ反応器を提供することにある。

また別の目的は、オートメ化された内部でのウェハ取扱
能力を具備し、外部のウェハ交換ロボットと容易にイン
タフェース可能な反応器を提供することにある。

上記の目的は例示であって、これらに限られるものでな
、い。その他の目的は、以下の開示から明かとなろう。

（課題を解決するための手段） 上記の目的は、−特徴において、ウェハを処理するため
の真空室を内部に画成したハウジングを有するエッチ反
応器において：ウエハを電極表面と平行に、弓状に支持
する凸状表面を持つ電極組体：電橋表面に近接して位置
され、反応ガスを前記室内に供給するガスマニホルドを
含むガス配分系；室にＲＦエネルギーを与え、反応ガス
から電極とガスマニホルドとの間に反応性エツチングガ
スプラズマを発生する手段；及び電極のウェハ支持表面
と平行に電気制御式のＤＣ（直流）４１ｇ場を形成する
手段で、電極上に位置したウェハヘ一様なエツチングを
与えるよう番こ前記６１１場の大きさ及び向きを選択的
に変化させる手段；を有するエッチ反応器において達成
される。

磁場は、室の対向両側面にそれぞれ配設され、ウェハを
横切って別々の磁場を与える２対以上の電磁石と、個々
の電磁石への電流を制御し、合成磁場ベクトルの大きさ
と角度の向きを独立に制御するコンピュータ手段によっ
て与えられるのが好ましい。特に、上記対構成の電磁石
によって与えられる磁場の大きさ及び／又は方向は、瞬
間的に変更可能である。電場はウェハを中心に、毎分数
サイクルの遅い速度でステップ動され、渦電流…のない
高圧での一様なエツチングを与えることができる。

別の特徴においては、ガスが室内圧よりも高い圧力でウ
ェハと電極との間に与えられ、ウェハから、好ましくは
液体冷却される電極への一様な熱伝導性を高める。ウェ
ハを電極に対して弾性クランプするクランプ手段が設け
られる。例えば石英などの素材からなる保護被覆または
カバーを、クランプリング及びガスマニホルド上に設け
ることもできる。電極のウェハ支持表面は、ドーム状つ
まり凸状曲面を有する。この結果、ウェハが電極にクラ
ンプされたとき、ウェハは電極のドーム状表面に合わせ
て湾曲され、電極の表面と密接な平行関係となる。この
弓状ウェハ及び電極間のコントロールされた平行で、密
接な月１間が、ウェハと電極との間に熱伝達ガスをＬ子
えるときに維持されている。これによって、ウェハの表
面全体から電極への一様な熱伝達が可能となり、従って
エッチ速度などの一様な処理特性がつｎハ全体にわたっ
て得られる。このガスエンハンスされた？（ｌによる電
極冷却が、輪郭（プロツプ・イル）制御を容易にし且つ
ブラックシリコンなどの現象を回避ずべ（比較的低い温
度にウェハを維持しながら、エッチ速度とプラズマ制御
を高めるために、非常に高い電力密度の使用を可能とす
る。

電極組体の孔をそれぞれ貫いて延びた一群の可動ピンを
有するウェハ交換手段が、ウェハを電極組体上に位置決
めし、またそごから取り出すのに使われる。

また反応器は、破壊を起こさずに、低圧の電極熱伝達冷
却ガスをＲＦ主電力供給下電極組体へと導くためのフィ
ードスルー装置を有する。該フィードスルー装置は、冷
却ガスを受け入れるガス入口と、該ガス人［１から離間
し、電極に接続されたガス出口とを持つハウジングを有
する。該ハウジングはさらに、ガスの通路を横断して延
びた一対をなす、内側の、接近して離間している、穴付
きプレートを有し、該プレートのうちガス流の出口側に
ある一方が前記受け台と共通に電気接続され、他方のプ
レートが装置のアースに接続される。

別の特徴として、電気抵抗加熱装置などの加熱手段がハ
ウジングに取り付りられ、室の内壁に制御された加熱を
与え、壁への付着物の形成を防く。

電気制御式の多方向磁場、陰極と反応器壁の温度制御、
及び石英被覆などの保護素材の使用を含む上記各特徴の
組合せが、前述した設計目的を満たすのを可能とする。

指向性、選択性及び一様性など各種の競合する処理条件
は、低メインテナンスで、そのままで自己クリーニング
（自浄）可能な単一ウェハ装置における、高圧を含む広
い圧力範囲によって満たされる。特に、電気制御式の多
方向磁場と特別な保護素材の使用とが、動作中における
高い指向性、高い選択性及び高い一様性を与える。すな
わら、電気制御式の多方向磁場は、高圧を含む約０．０
０１がら０．３００１−ルの非常に広い圧力範囲にわた
る一様なエツチングを与えることによって、一様性を犠
牲とせずに高速のエツチングを可能とする。この広い圧
力範囲がそのままでの自己クリーニングも可能とする。

さらに、温度制御される室壁表面と電気制御式の多方向
磁場とが、浄化作用とそのままでのクリーニングを容易
としている。また、電気制御式の多方向磁場はエッチ速
度を独立に高め、高圧動作の能力と組み合わされて、単
一ウェハエツチャーでの実用的なスループット（処理量
）を与える。

以下、本発明の上記及びその他の特徴と利点は、添付の
図面を参照して説明される。

（実施例） マグネトロンエッチ　部器６ｏの概 第６及び７図はそれぞれ、本発明の単一ウェハ、磁場エ
ンハンス型プラズマエッチ反応器６ｏの好ましい実施例
の等角図と、反応器６ｏを通る垂直断面図を示す。ここ
での説明は主にＲＩＥモードプラズマエツチングに関し
て行うが、反応器の能力はもちろんプラズマモードエツ
チングにも拡張し得る。

第６及び７図を参照すると、本発明のエッチ反応器装置
６０は、一般にアルミニウムなどの非磁性材料からなる
ハウジング６２を備え、ハウジング６２は（水平断面に
沿って見て）六角形の外壁６４を有する。円形の内壁６
６がエッチ室６８を画成する。後で詳述するように、反
応器装置６０は、独特のガス及び液体冷却式受け台／陰
極組体７０と、ウェハ交換装置７４（第８−１０図）も
備えている。

ウェハ交換装置７４は垂直方向に移動可能なウェハ昇降
フィンガ７９を備え、フィンガ７９がウェハ７５を、室
内に挿入された外部から手動で保持または操作されるブ
レード７６、あるいは好ましくは外部から装填／ロック
されるロボットブレード７６からピックアップし、処理
のためウェハを陰極７２上に移した後、処理されたウェ
ハを室外へ取り出すためロボットブレードに戻す。

さらにウェハ交換装置７４は、ウェハ昇降フィンガ７９
と一体にウェハクランプリング７８を具備する。後で詳
述するように、ウェハ交換装置７４の設計及び付設のウ
ェハ昇降／クランプ構造体の組み込みが、室内における
一軸式ロボット装置の使用を可能としている。また、室
内ロボットの動作により、室外ロボッ１〜は室内ロボッ
トとの交換用の所定の移送位置ヘウェハを置くだけでよ
い。

室外ロボットへの要求（■純化で、複数の反応器の処理
を行う多室装填／ロック系でロボットを用いる場合でも
、比較的簡単なロボットとすることができる。このよう
なＲ−θ移動を用いたロボットは、　ロａｎ　　Ｍａｙ
ｄａｎ、　５ａｓｓｏｎ　　Ｓｏｍｅｋｈ、　　ロａｖ
ｉｄ　　Ｎ、　　Ｋ。

Ｈａｎｇ、　Ｄａｖｉｄ　Ｃｈｅｎｇ、　Ｍａｓａｔｏ
　Ｔｏｓｈｉｍａ、　ｌ５ａａｃｌｌａｒａｉ及びＰｅ
ｔｅｒ　１ｌｏｐｐｅの名前で同時に出願され、本出願
人に譲渡された係属中の米国特許出願通し第９４４．８
０３号、名称「複数室統合型処理システ１、」に開示さ
れている。尚、同時出願は参照によって全体がここに含
まれるものとする（また“参照の多室システム“と呼ぶ
）。

処理ガスは、１つ以上のガス貯蔵リザーバ／タンクから
なるガス供給系８１から、ガスマニホルド８０によって
室６８の内部に供給される。ガス供給系８１は供給管路
８２を介してマニホルド８０及び室６８と連通し、供給
管路８２は入口接続具８４によってマニホルド８０へと
連結されている。ガス供給系８１は、室６８に供給され
る各種のエッチガス、キャリヤガスなどの流量を制御す
る自動的な流量制御装置またはその他適当な制御装置を
備えている。

室内は真空とされ、使用後のガスとそれに巻き込まれた
生成物は、通常の真空ポンプ系９３に接続された排気ボ
ート９２と連通ずる環状の排気室９０から排出される。

排出流は室６８内から、円筒状の陰極組体７０の上部周
囲に取り付けられた水平の環状プレート９６の穴９４を
通って流出する。穴あきプレート９６は、プラズマが環
状の排気室９０内へと進入するのを防ぐ。この排気構成
が、反応ガスによるウェハの一様な被覆とエツチングを
容易にしている。排気系の制御は、圧力制御装置とＤＣ
モータを介して動作し送風機の速度を制御するマノメー
タセンサ（図示せず）など容量型の通常の系、あるいは
その他通常の制御系によって行える。

第７図中の各矢印１０２．１０４．１０６．１０８で示
されているように、入Ｌ」８４に導かれたガス（矢印１
００）はマニホルド８ｏへと向い（矢印１０２）、次い
でマニホルド８０がら下方へ向かい（矢印１０４）、Ｒ
Ｆ主電力印加中に室内の処理領域１１０にエツチング用
ガスプラズマを形成し、その後ウェハ７５上を通って流
れ、ウェハ上を放射方向外側へ横切って環状の排気室９
０へと入り（矢印１０６）、そこから排気ボート９２へ
と流出する（矢印１０８）。

上記のＲＦ主電力、ＲＦ電源系１１２から反応器装置６
０へと供給され、プラズマ発生動作を行う、すなわち処
理領域１１０内の流入ガスからエツチング用ガスプラズ
マを形成する。この系ｌ１２はＲＦ電源と負荷整合網を
備え、受け台７２に接続されており、室壁がアースされ
ている。つまり、受け台が電力供給される陰極をなして
いる。ＲＦ主電力一般に高周波、好ましくは約１３．６
ＭＨｚで供給される。但し、反応寄贈値６０は、例えば
数ＫＨｚなどの低い周波数でも動作可能である。

電力供給される受け台陰極の使用は、ＲＦ主電力プラズ
マをウェハの表面領域上に集中させると共に、電力密度
をウェハ上では増大させながら他では減少させるという
利点を有する。この結果、エツチングがウェハ上でだけ
生じ、室の他の部分の腐食を減少させ、従ってウェハの
汚染の可能性を減らすことが保証される。一般的に、約
２．５〜３、５ｗａＬＬｓ／ｃｍ２の電力密度が使える
。以下論じるように、このような高い電力密度は冷却を
必要とする。このためＲＦ電力供給陰極７２は、ガスエ
ンハンスされたウェハー陰極間の熱伝導性と液体による
陰極冷却とを組み合わせるように構成されるのが好まし
い。しかし、ヘリウムなど冷却ガスの低圧下に゛おける
電力供給受け台７２への印加は通例、冷却ガスの分解を
引き起こす。そこで本反応器は、イオン化を生じずにガ
スを高圧電極に供給する独特のガスフィートスルー１１
４（ｍ７図）を備え、ている。

また反応器６０は、前記第４図に開示された磁場発生装
置の改良も含んでいる。第６図を参照すると、本磁場発
生装置は４つの電磁石１１６．１１８．１２０及び１２
２など多数の対電磁石を使用し、これらの電磁石は一般
に六角形状ハウジングの１つ置きの壁上に各々一つづつ
、全体として矩形配列で取り付けられた銅製コイルから
なる。

２つのコイル対が詔勅して疑似静電型の多方向磁場を生
じ、この磁場がウェハを中心にステップ動または回転可
能で、高及び低圧におけるエツチングの一様性を与える
。また、エッチ速度を選択でき、イオンボンバードを減
少できるように、磁場の大きさは可変である。

重ス」側１野η乞屑匪吐豊光↓器 第１２図は、本発明で使われる疑似静電型の多方向磁場
を発生及び制御する系の概略図である。

第６図に加え主に第１２図を参照すると、２つのコイル
対１１６．１１８及び１２０．１２２が相互に直交する
磁場ベクトルＢｙとＢ、をそれぞれ形成し、これらの磁
場ベクトルは受け台／陰極７２及びウェハ７５とほぼ平
行である。第１２図に示した一例では、コンピュータ１
１２が制御信号を、ライン１０３、ｉｏｓ、１０７及び
１０９を介して通常の電源系１１５．１１７．１１９及
び１２１に印加し、導体１２３．１２５．１２７及び１
２９を経て電磁石１１６．１１８．１２０及び１２２に
それぞれ供給される電流の大きさと方向を制御コリする
。対応した電流が、各コイル対によって発生される磁場
の方向と大きさを決める。

コイル対１１６．１１８及び１２０．１２２によってそ
れぞれ発生される直交磁場ベクトルＢｙとＢＭは、次式
で定義される： ＢＸ−Ｂｃｏｓθ　　　　　　（１） Ｂ、＝Ｂｓｉｎθ　　　　　　（２） 磁場Ｂの所望値つまり必要値とその角度方向Ｏが与えら
れれば、コンピュータ１１３は独立に上式（１）と（２
）を解き、磁場の所望強度と向きを与える対応した磁場
ベクトルＢＸ（！：Ｂｙを得、次いでごれらの磁場Ｂ、
とＢ、を与えるのに必要な電流の各コイル１１６〜１２
２への印加を制御することができる。

さらに、上記Ｄ　Ｃｔｉｆｆ場の角度方向と大きさは、
コイルの電流を変えることによって、所望に応じ速くま
たはゆっくりと独立に変更可能である。磁場が各角度位
置に留まる時間及び角度ステップ動の方向は、磁場の強
度と共に変更できる。何故なら、これらのパラメータは
単に電磁石に印加される電流変化の関数であり、コンピ
ュータ１１３によって容易に制御できるからである。つ
まり磁場は、選定された向きと時間増分を用いて、ウェ
ハの周囲でステップ動可能である。所望なら、合成６ｉ
多場Ｂの大きさは、処理または反応器の構成が必要とす
るのに応じて変化可能であり、あるいは−定の磁場強度
を用いることもできる。要するに、電流制御式の本系は
、速くまたはゆっくり移動するか、一定か、もしくは角
速度が一定または変化される強度可変の多様な磁場を辱
える。さらに、磁場の向きは逐次ステップ動または変化
させなくともよく、ある一定の向き（または磁場）から
別のものへと瞬間的に切り換えてもよい。

ｏｃ４１場の方向と大きさを独立に制御できるこの多様
性が、一般に６０Ｈｚの標準速度など一定の比較的高い
周波数で回転される、既存の市販されている回転磁場と
異なっている。さらに、例えば２〜５秒／回転（１２〜
３０サ一イクル／分）またはそれより低い速度でゆっ（
す“回転する”能力が、高周波の使用にともなってアル
ミニウムまたはその他の金属製室内に生じる渦電流＃員
の問題を解消する。

第４図に示した従来の反応器４０は、静磁場を一軸に沿
って反転させている。これに対し本反応器６０では、電
磁コイルへの電流を逐次変化させるという簡単な手段に
よって、例えば好ましくは２〜５秒／回転の遅い速度で
磁場を有効に回転させる。これにより、磁場がウェハを
中心として遅い速度でステップ動され、ウェハを一方向
に横切ってでなく、ウェハの全周３６０°にわたってエ
ツチングの一様性を高める。この結果、反応器６０は、
低圧ＲＩＥエツチャーによるものさえも越える指向性、
選択性及び−補性で、広い範囲の低から高までの圧力に
わたって使える。

例えば２〜３０サイクル／分の好ましい低速磁場回転の
一応用は、以下で参照する臭化水素／ヨウ化水素のエッ
チ処理で説明されている。すなわち、臭素化物及びヨウ
素物による化学エッチ作用と組み合わされた磁場の使用
がエッチを制御し、ウェハの損傷を減少させる。磁場を
強めればエッチ速度が上界するため、磁場を強める一方
、ＲＩ＝’電力及びその結果生じるーＶｄｃを減少する
ことによって、ある−・定のエッチ速度が得られる。こ
れにより、ウェハへのイオンボンバード及びデバイスの
損傷が減少する。以下で参照する臭素／ヨウ素シリコン
エッチ処理で使われる臭素とヨウ素のエツチングガス組
成物は、シリコン素材がエツチングされるにつれトレン
チの側壁上に無機性の側壁付着物を形成するように注意
深く調整され、側壁の輪郭（プロファイル）を制御する
。磁場を強めると、このエッチ輪郭制御の効果が高まる
。

一般に、磁場の強度が強まるにつれ、保護の側壁付着物
が厚くなり（酸素源が存在する場合）、トレンチの輪郭
により大きいテーパとより少ない湾曲（ｂｏｗｉｎｇ）
を与える。磁場を容易に変えられるので、深さの増加に
つれて輪郭を変更させる能力も与えられる。例えば、非
常に狭く深いトレンチでは、その後の誘電物によるトレ
ンチ充填を容易にするため、トレンチの入口を広くする
のが望ましいことがある。磁場の調整によって与えられ
るテーパ制御は、まさにこのような漏斗状で、広い入口
の、全体として狭いトレンチの形成を可能とする。

前記の第１２図は、反応器６０用の全体的なコンピュー
タ制御系も概略図に示している。現時点で、コントロー
ラ１１３は６８０１０型プロセツサを用いている。電磁
石１１６〜１２２への電流の印加を制御するほか、コン
ピュータ１１３は供給源８１からのガス流、電源１１２
からのＲＦ電力の印加、それぞれの供給源１６９と１７
５から陰極への冷却ガスと水との流入、真空系９３、シ
ャフト機構１４０用空圧シリンダの制御弁、スリット弁
１６２用空圧シリンダの制御弁、及び水加熱電源１８３
も制御する。

叉見立則葬１度 第６図と主に第７図を参照すれば、受け台組体７０は、
ハウジング６２の内側に取り付けられたほぼ円筒状の壁
構造体１２４と、ハウジング６２の底部に取り付けられ
そこから下方に延びた円筒状のボトムハウジング１２６
とを有する。環状の排気プレート９６がハウジング１２
４の周囲で、ボス１２７と１２８上に取り付けられてい
る。電力が供給される受け台／陰極７２はほぼ円筒状の
ベース部材１２Ｂ上に取り付けられ、ベース部材１２８
はアースされるハウジングに、相互に係合する絶縁体部
材１３０〜１３４によって取り付けられている。

一体状のウェハ交換組体７４は、円形状に配置された複
数の、垂直方向に延びたウェハ指示ピン／フィンガ７９
〜７９（４つが図示されている）を備える。各フィンガ
７９は、受け台７２とベース部材１２８とに形成された
穴を通って延びている。ウェハ支持フィンガ７９〜７９
とウェハクランプリング７８は共に支持アーム手段に取
り付けられ、支持アーム手段はシャフト昇降機構１４０
と円筒状のリング部材１３９に取り付けられた水平方向
に延びるアーム１３７〜１３７からなる。

アーム１３７〜１３７は以下述べるように、シャフト昇
降機構１４０へ垂直変位自在に取り付けられている。

上記したように、垂直方向を向いたウェハ支持ピン７９
〜７９は、アーム組体の各アーム１３７〜１３７に取り
付けられ、受け台７２の上方ウェハ支持面の穴を通って
延びている。ウェハクランプリング７８もアーム組体に
、すなわちそのリング１３９に取り付けられている。リ
ング１３９は、ハウジング１２４とベース部材１２８の
間に形成されたチャネル１４１内を垂直方向に移動可能
である。以下第８〜１１図に関連して詳しく述べるよう
に、ウェハ支持ピン７９とこれらのピンから垂直方向に
離れたウェハクランプリング７８の使用、及び垂直方向
に移動可能な共通のアーム組体へのそれらのジョインＩ
・取（−Ｊが、−軸だけの移動を用いた外部ロボットブ
レード７６による簡卑なウェハ交換を与える。

シャフト昇降組体１４０は、ボルト１４６によって相互
に接合されたスリーブ１４２と円筒状のバネ保持体１４
４を有し、ベース１５０に形成された孔内に軸受１４８
によってスライド自在に装着されている。ベース１５０
は段付の円筒形状で、その段つまり肩でベース部材１２
Ｂの底部に接合されている。

シャフト昇降機構１４０の横方向移動は、シャフト１４
０のアイレツト１５３を貫いて延びた一対の垂直ガイド
ピン１５１（１つだけ図示）によって抑制、すなわち防
止されている。調整可能なストツパナッｌ−１５５がピ
ン１５１の下方ネジ切り部に取り付けられ、シャフト昇
降機構１４０及び付設のクランプリング７８とピン７９
の上方移動（最上位置）を制限する。

バネ１５２がベース１５０の底部とシャフトのバネ保持
体１４４との間に固定され、シャフト１４０、クランプ
リング７８及びピン７９を通常時の下方位置へと下側に
付勢している。第７図に示したようにこのバネ付勢位置
では、各ピン７９〜７９が受け台７２のそれぞれの大向
に後退しており、クランプリング７８が受け台７２の外
周に弾性係合している。ウェハ７５が受け台７２上に位
置する場合、クランプリング７８はウェハの外周を受け
台の上面１５４に対してしっかり且つ弾性的にクランプ
する（第８図）。シャフト１４０、クランプリング７８
及びピン７９〜７９の垂直上方移動は、空圧シリンダ１
５８の垂直ロンド１５Ｇによって行われ、空圧シリンダ
１５８は一般にハウジング１２６の取り付けられ、コン
ピュータ１１３（第１２図）の制御下で動作する。ロン
ド１５６の上方移動がシャフト１４０をバネ１５１の付
勢作用に抗して上方に移動させ、クランプリング７８を
受け台７２／ウェハ７５から離すと共に、受け台を貫い
て各ピン７９〜７９を上方に伸長させウェハをピンクア
ップする。

ウェハ六　！！“置７４の銀　。

第８〜ｌＯ図が、ウェハ交換装置７４の独特な一体状の
クランプ７８／フインガ７９の動作を示している。これ
によって得られる単純な、−軸方向のロボット移動が以
下述べるように、個々のウェハ７５を外部ブレード７６
（第６図も参照）から受け台／陰極７２へ、及びその逆
方向に移送せしめ、受け台上のウェハをクランプしてし
っかり位置決めすると共に、ウェハの冷却を容易とする
。

第６．７及び８図を参照すると、反応器のハウジング壁
６６は閉鎖可能な、細長形状の開口つまりスロット１６
０を有し、これが外部プレート７６の室内及び室外への
移動を許容する。室に対してウェハを装填／取出するの
にブレード７６が使われない場合、スロット１６０は旋
回自在に取り付けられた弁またはドア１６２によって閉
じられ室を密閉する。ドア１６２は、空圧シリンダ系１
５３（第１２図）によって開閉される。クランプ支持リ
ング１３９は、その上部の対向両側面に形成され、プレ
ー１゛７６とウェハ７５の挿入を可能とする一対の凹部
１６４〜１６４を有する。反応室６０とカセフトなどの
外部貯蔵装置との間でウェハを移送するのに必要なのは
、単純な双方向の、−軸ロボット型ブレード７６だけで
ある。適切なロボットブレードとドアは、前述の参照多
室システムに記載されている。

まず、クランプ及びフィンガ取付アーム組体が第８図に
、及び第６図に想像線で示したわずかに上昇した位置に
位置決めされ、クランプリングの凹部１６４、ハウジン
グのスロッＩ−１６０及びブレード７６が水平方向に一
致される。これによって、ブレード７６は前方凹部１６
４を通じて挿入可能となる。尚、ピン７９の頂部とクラ
ンプリング７８の間の間隔が、凹部１６４と水平方向に
一致されることにも留意のこと。つまり、ブレード７６
は各ピン７９とクランプリング７８の間も通過可能であ
る。スロット１６０と凹部１６４がこのように一致され
た状態で、ブレード７６　（その上に支持された処理す
べきウェハ７５も含む）がスロット１６０と凹部１６４
を介して、室６８及びプラズマエツチング領域１１０内
及び受け台７２上へと挿入される。

次に第８図に示すように、ロンド１５６　（第７図）が
伸長され、シャフト昇降機構１４０と各ウェハ支持ピン
７９〜７９を上昇させ、ウェハ７５をブレード７６から
持ち−Ｌげる。

ブレード７６を後退させた後、ドア１６２が閉じられる
。次いで、第１０図を参照すると、シリンダ１５８（第
７図）が口・ッｔ”　１５　Ｇを後退し、バネ１５２が
シャフト１４０を下降／後退させると共に、クランプリ
ング７８がウェハ７５をリング７８と受け台７２の間に
弾性クランプする。

処理後、シリンダ１５８がシャフト昇降機構１４０を上
昇させ、ウェハ７５をブレード７６の上方へと持ち上げ
る結果、ブレードは室内のウェハ下方へと挿入可能とな
る。次いで、シャフト４０がわずかに下降され、各ピン
７９〜７９とクランプリング７８を第８図に示した位置
に位置決めする。この時点で、処理後のウェハ７５を支
持しているブレード７６が室から後退される。その後、
新たなウェハをブレード７６上に置き、同じく第８図に
示したように、室内の各ピン７９−７９とクランプリン
グ７８の間へ挿入することによって、別のウェハ交換サ
イクルが開始される。

前記したように、ウェハ交換装置７４が直角の点及び外
周接点だけを用いて、ウェハをブレードへ及びそこから
移送し、クランプすると共に、受け台からウェハを取り
除く。ウニ／％をビ、２クア、：）プ及び載置するのに
必要な通常なスライド及び／又はロール摩擦接点は、使
われない。従って自明なように、処理室６８内で粒子を
発生する傾向が減少される。

また、単軸ロボット用の支持及び並進装置は室６８の下
方に配置され、周囲を取り囲む受け台組体７０によって
室から隔絶されている。シャフト＆Ｊ１体１４０の上端
とベース１５０の間にベロー１６６が取り付けられ、シ
ャフト１４０とウエノλ９５及び処理室６８との間に追
加のバリヤを与えている。ベロー１６６の内部はオリフ
ィス１６Ｂによって、ハウジング１２６内の大気圧環境
に通気されている。これによって、シャフト室１６７の
大気圧環境内におけるベローの上下時に、シャフトの軸
の沿ったベローの膨張及び収縮を容易となる。

立１１ゴＶ釈Ｗト 主に第７図を参照すれば、前述したように、陰極／受け
台組体７０は液体とガスの組合せ、すなわちガスエンハ
ンスされたウェハー陰極間での熱伝導性と、液体による
陰極冷却とによって冷却される。一般に冷水である液体
は、コンピュータ１１３で制御される弁及びポンプ系Ｉ
６９　（第１２図）によって、ベース部材１２８の下方
環状チャネル１７２と一対の上方円形チャネル１７４〜
１７４とに連通した入口１７０に与えられる。すなわち
、冷却水は入口１７０内へと流入し、下方チャネル１７
２と上方チャネル１７４〜１７４を通過して出口（図示
せず）に至る。冷却ガス流入通路１７６を迂回するため
、孔対１７４〜１７４が広い一つのチャネルの代わりに
使われている。

冷却ガスは、クランプされた状態のウェハ７５から水冷
の受け台７２へと向かう熱伝達を高めるために使われる
。このため熱伝導性のガスが、通常のコンピユータ１１
３制御式の弁装置１７５によって、電力駆動下の受け台
による低圧ガスのイオン化を防ぐ後述のガスフィードス
ル’−１１４を介し、流入通路１７６に与えられる。第
６図も参照すれば、通路１７６は、受け台７２表面の放
射状の溝１８０と交差するオリフィス１７８に続いてい
る。

前述したように、陰極組体７０は、ウェハを陰極に対し
てたわませようとする冷却ガスの固有な傾向を補償する
ドーム状の上面を持つ。第１３図は受け台７２、ウェハ
クランプリング７Ｂ及びクランプされたウェハ７５の概
略垂直断面図で、受け台７２上面の湾曲つまりドーム形
状を誇張して示している。クランプリング７８はウェハ
７５をその上面から受け台７２に対して直接クランプし
てもよいし、あるいは好ましくはウェハの上面をクラン
プする多数の放射状フィンガ７８Ｆを備えることもでき
る。受け台７２の外周をその全体凸形状の一部として傾
斜させ、またクランプリング７８またはフィンガ７８１
”の下面をごれと対応して傾斜させてもよい。あるいは
、クランプ／フィンガと受ｂ）台の外周とを水平の向き
にすることもできる。

このプレストレスが加えられた凸状つまり弓状にウェハ
を形状付けることによって、ウェハは受け台７２の表面
と平行になる、すなわち受け台とウェハの間で大きい接
触距離が得られる。この平行関係は、受け台とウェハの
間に冷却ガスが１１０トルなど比較的高い圧力で加えら
れる場合にも維持される。尚本発明者等は、４−８イン
チのウェハ直径（及び同じく約４−８インチの受け台直
径）の場合、受け台の中心が４−８ミルの距β１Ｉｔｄ
だけ弓状に突き出た湾曲で、冷却ガスが加えられたとき
に維持される平行な弓形状へと、ウェハがプレストレス
されることを見いだした。ずなわら、凸状の受け台表面
７２Ｂが通常のフラット電極７２Ｆに対して、４−８ミ
ルの距離だけ弓状に突出されればよい。この曲率は小さ
いけれども、一様なウェハの冷却と一様なウェハの処理
を達成する上で重要な因子である。

動作時には、ウェハ７５がリング７８によって陰極７２
に対しクランプされた状態で、低圧で優れた熱伝導体で
あるヘリウムまたはその他適切なガスが、フィードスル
ー１１４と入口１７６を介してウェハと受け台との界面
の放射状の各溝１８０１８０へと与えられ、室内圧より
はるかに高い一般に約１トルから１０トルのほぼ静的な
ガス圧を形成する。反応器６０のプラズマ動作中、この
界面でのガスの一様性が、予め弓状にたわめられたウェ
ハ７５から平行な水冷却の受け台７２へと熱を伝達する
ことによって、液体冷却の陰極組体７２によるウェハの
一様な冷却を可能とする。

高電力密度でＲＦ駆動され、且つガス及び液体で冷却さ
れる陰極組体７０の重要さは、Ｊｅｒｒｙ　Ｙ。

Ｗｏｎｇ＋　Ｄａｖｉｄ　Ｎ、　Ｋ、　Ｈａｎｇ、　Ｍ
ｅｉ　Ｃｈａｎ８．　ＡｌｆｒｅｄＭａｋ及びＤａｎ　
Ｍａｙｄａｎの名前で同時に出願され、同じく本出願人
に譲渡された係属中の米国特許出願通し第９４４，４９
１号、名称「シリコンとケイ化物用の臭素及びヨウ素エ
ッチ処理」　（臭素／ヨウ素エッチ処理とも呼ぶ）に示
されており、同特許出願は参照によって全体がここに含
まれるものとする。

参照の臭素／ヨウ素エッチ処理の実施時には、ウェハ支
持陰極組体７０が約２０−３０℃の水によって冷却され
る。同時に、ヘリウムなどのガスがほぼ約４トルの実質
上静止圧で、ウェハと水冷却の陰極７２との間に加えら
れる。これによって、高い効率の一様な熱伝導性がウェ
ハ７５と冷却陰極７２との間に与えられ、プレス１−レ
スされた弓状ウェハの表面を約６０℃またはそれより低
い一様な温度に維持する。この冷却が必要なのは、約２
、５　３．５　ｗａｔｔ／ｃＩｉＩという高電力密度は
通常のＲＩ　Ｅエツチャーで使われている電力密度より
、はぼ１桁高い大きさだからである。またこの冷却が、
参照の臭素／ヨウ素エッチ処理あるいはシリコンまたは
それ以外の物質をエッチするその他の処理の使用中にお
ける、トレンチの湾曲輪郭及びブランクシリコンの除去
を助ける。ブランクシリコンの現象は、約７０°Ｃ程度
の低い温度で生じることがある。

窟　ｍ　ｃｏ　’！Ａ　Ｆ　”、寸浬 第７図を参照すると、一般に円筒状の電気抵抗ヒータま
たはその他の適切な加熱装置１６１が、Ｍ６７及び室６
８に対応したハウジングの側壁６ロー６６の上部、特に
ハウジング内側と室上部の壁面６７１と６６１を１」１
１熱ずろ目的で、反応器６０の盈６７に取り付けられて
いる。また第１２図を参照すれば、制御ライン１８５を
介しコンピュータ１１３によって制御される電源１８３
から、電力がヒータ１８１に供給される。電磁石１１６
１２２も、補足的に側壁Ｇ　６−６６を加熱している。

反応器の動作中における凝結を防ぐために、ヒータ１８
１は必要に応じて選択的に作動され、ガスボックス８０
の内表面と共に、前記壁面６７１と６６１を加熱するの
が好ましい。例えば、参照の臭素／ヨウ素シリコンエ、
チ処理で使用される臭素とヨウ素のエツチングガス組成
物によって形成される輪郭制御のための無機性側壁付着
物は、Ｓｉｎ□、　Ｓｉ口ｒｘ　＋　Ｓｉ［１ｒＸｌｉ
ｙ＋　Ｓ、１０ＢｒＸＦ、といったケイ素、酸素、臭素
、またはフッ素などの成分の様々な化合物を含むことが
ある。一連のエッチの間、コンピュータ１１３によって
制御されるヒータ１８１が壁面６７１と６６１を７０’
Ｃより高い温度に加熱し、上記無機性付着物の望ましく
ない凝結を防止する。

方送〕ツ１ｆｆＡ化 −ａに、クランプリング７日は、動きを容易にし、且つ
傷イ・１けないようにウェハの外周を弾カクランブする
ために、Ａｒｄｅｌ　や１、ｅｘａｎのような軽量で弾
力性のある素材で形成されている。またガスボックス８
０と室の残部は、アルミニウムなどの非磁気性素材で形
成されている。本発明者等は、クランプリング７８上に
約１／８インチ厚の石英被覆または層８１を施し、また
これと対面するガスボックス８０上にも約１／８インチ
厚の同様の石英被覆または層８３を施すことにより、反
応器６０の動作中におけるシリコンウェハ７５の汚染を
防げることを見いだした。石英はシリコンと類似してい
るため、シリコンを汚染しない。また石英の被覆８１と
８３は、ブラックシリコンを除去するのにも役立ってい
る。何故なら、その絶縁素材が正しく選択されないと、
得られた被覆との処理反応によって、露出したシリコン
にミクロマスキング効果を生じ、ひいてはブラックシリ
コンを生成する結果になるからである。さらに、反応器
６０の動作中に石英から酸素が発生ずる。この発生した
酸素は、シリコンなどをエツチングするの使われる酸化
物マスクに寄与し、またマスクのエツチング抵抗力（選
択性）を強める。しかも、石英から発生する酸素はエッ
チ速度を高める。つまり酸素自体が、湾曲（ｂｏｗｉｎ
ｇ）を小さくしたり、エッチ輪郭を制御するために、参
照の臭素／ヨウ素エッチ処理で述べられているようなエ
ツチングガス組成物に含まれる添加物である。

電気　　防止　ガスフィードスルー 第１２図は、ガスフィードスルー装置１１４の拡大垂直
断面図であり、この装置はガスの破壊つまりイオン化を
起こさずに、ＲＦ電力供給下の受け台７２へ冷却ガスを
供給するのに使われる。このフィートスルー装置は、一
対の電極部１８２と１８４によって形成された密閉円筒
体を備え、画電極部はほぼ平行で、間隔が接近しており
、穴の開いた、対面する内壁（プレー１）１８６と１８
８を有する。冷却ガスは、一端の蓋１９１の入口１９０
を通ってフィードスルー装置内に流入し、プレート１８
６の穴１９８を通り抜＆ｊ、両プレート間の小さな隙間
ｄさらにプレート１８８の穴１９９を通過し、他端の１
１９３の出口１９２を通って流出する。入Ｄ　１９０は
冷却ガス供給源（図示せず）と接続される一方、出１１
１９２は配管１９４（第７図）によって受け舎内通路１
７６に接続されている。

環状の絶縁スペーサ１９５が、物理的且つ電気的に２つ
の電極１８２と１８４を分離している。

こうして得られた円筒状の組体は、ネジ１９５−１９５
によって一体に接合され、０リング１９６−１９６で密
閉される。入口側電極１８２がアースされるのに対し、
出口側電極１８４は、ＲＦ電力が供給される受け台と共
通に接続されている。

穴１９８と１９９の間隔と大きさ及び隙間ｄの大きさは
、上記２つの隣接したプレートを横切る低圧と高電位に
もかかわらず、高いガスの伝導性を与えると共に、ガス
のイオン化を防ぐように選定される。例えば、４トルの
ガス圧の場合には、１４０ミルの隙間ｄと直径１０−４
０ミルの穴でガスのイオン化を防げる。スペーサ１９５
の高さを変更することによって隙間ｄが調節され、様々
な異なるガスや圧力の使用を許容する。実際上このガス
フィードスルー装置は、ガスがわずがな圧力Ｘ距離の積
に敏感であるにもかかわらず、低圧の冷却ガスを受け台
の電位にまでもたらすためのコンパクトなフィトスルー
である。

ゞ　ヒ　　；　己クリーニング 加熱要素１８１による制御された反応器壁の加熱を含む
幾つかの設計上の特徴が、本エッチ反応装置６０の優れ
た浄化作用を生み出している。これは、工・７千輪郭の
制御などのために付着物を形成するガス組成物を意図的
に使用している、参照の臭素／ヨウ素エッチ処理などの
処理を使用する場合にも得られる。平均として、本発明
者等は、自己クリーニングサイクルの間に約１００回は
ど反応器を稼動した。

反応器６０の自浄能力により、クリーニング間の稼動時
間が長くなる他、クリーニング自体も一層手間のかから
ないものとなる。周知のように、エッチ室の各表面を自
動クリーニングすることは、ウェハをエツチングするよ
りも困難とされている。

何故なら、室の大きな容積と大きな表面積を覆うまで、
エツチングガスプラズマを広げるのは難しいからである
。

エッチ反応器６０では、二組の電磁石対１１６１１８．
１２０−１２２によって形成される磁場が、高圧動作と
同様に、自動クリーニング用のエッチ速度を高めている
。反応器は、０．００１１−ルから０．３００トルまで
の圧力範囲で稼動するよう設計されており、従って低圧
といっても比較的高圧条件のエツチング同様、高圧条件
での自己クリーニングにも適合する能力を持っている。

回転可能な磁場と、それに組み合わされた磁場強度の独
立した制御が、室内の至るところへと浄化プラズマを広
げると共に、必要に応じ室の特定領域に対するエッチ速
度を上昇可能とすることで、室の全表面を効率よくクリ
ーニングする。

さらに、電力が供給される陰極の使用、及び陰極組体７
０と陽極ガスボックス８０との間の接近した間隔が、閉
じ込められた濃密なプラズマを与える。約１３リツター
はどの比較的小さいサイズの室と、全構成部分の円対称
性も、自己クリーニング能力に寄与している。また、室
内の露出している表面は全てアルミニウムか石英で、こ
れらほどららも自動クリーニングに影響されず、適して
いる。

好ましくは、フッ素化されたガス３■成物がそのままで
の自己クリーニングに使われる。ＮＦ３及びＳＦｂなど
、非炭素でフッ素を含むガス組成物が、エッチ生成物の
高い揮発性、汚染を生じない等の理由で望ましい。しか
し、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ４やその他フン素を含むフレオンな
ど、それ以外も使用可能である。現時点で好ましい自己
クリーニング処理では、６０ｓｅｃｍの流量で室６８内
に供給されるＮＩ？、ガス、毎分３０サイクルで回転さ
れる０−４５ガウスの磁場強度、４５０ＷのＲＦ順方向
電力、及びｌｏＯｍＴＯ室圧という条件を含むフッ素化
反応ガスでの化学作用が使われている。

これらのパラメータは室の内部表面に均一のエッチを与
え、１０回稼動した後（１回の稼動毎に１０ミクロンの
シリコンが除去されている）、約１０分以内で反応器６
０を効率よく、完全にクリニングする。これに対し、従
来のプラズマエッチ反応器は一般に約５回の稼動でクリ
ーニングされており、しかも湿式エッチ液でのクリーニ
ングのため分解を必要とする。そのままでの自己クリー
ング能力と、固有の浄化作用と、クリーニングサイクル
間の長い時間とが組合されて、クリーニングに要する装
置の停止時間を短縮し、スループット（処理量）を高め
ている。

本発明のエッチ反応器とその使用方法に関する好ましい
実施例及び代替実施例の上記記述に基づき、当業者であ
ればここに例示した発明の範囲内において、容易に変更
をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１−３図は当該分野で使われている３種類のプラズマ
エツチング装置の概略図：第４図は本発明のるｎ場エン
ハンス型ＲＩＢモードプラズマエッチ装置の先駆である
、磁場エンハンス型ＲＩ　Ｅモーにプラズマエッチ装置
の一部を概略的に示した斜視図：第５図は第４図に示し
た室のウェハ保持電極を通る一部を概略的に示した垂直
断面図で、磁場Ｂの反転を示す；第６図は本発明の磁場
エンハンス型プラズマ反応器の好ましい実施例の、部を
破断した等角図；第７図は第６図の７−７線に沿った、
一部を概略的に示した垂直断面図；第８−１０図はウェ
ハを反応器の受け台上へ位置決めし且つそこから取り出
すウェハ交換装置の動作を逐次示す概略図；第１１図は
第７図に示したガスフィードスルー系の拡大垂直断面図
；第１２図は本発明で使われる電気制御、疑似静電型の
多方１ｉｊＪ　Ｄ　ＣＬｉｌ場を発生及び制御する系と
、本反応器の動作全体を制御するのに適したコンピュー
タシステムとの概略図；及び第１３Ａ−１３Ｃ図は凸状
つまりド−ム形状のウェハ支持受け台に対するウェハの
クランプ装着を概略的に示す側断面図。 ６０・・・・・・反応器、６２・・・・・・ハウジング
、６８・・・・・・室、７０・・・・・・受け台／陰極
組体、７２・・・・・・受け台（陰極）、７２Ｂ・・・
・・・受け台表面、７４・・・・・・ウェハ交換手段、
７５・・・・・・ウェハ、７６・・・・・・ブレード、
７８・・・・・・クランプリング手段、７９・・・・・
・フィンガ（ピン）、８０・・・・・・ガスマニホルド
、８１゜８３・・・・・・耐エッチ被覆、１１２・・・
・・・ＲＦエネルギー印加手段（電源）、１１４・・・
・・・フィードスルー装置、１１５，１１７，１１９，
１２１・・・・・・電流印加手段（電源）、１１６，１
１８，１２０゜１２２・・・・・・磁場発生手段（電磁
石）、１６９゜１７５・・・・・・冷却ガス／液体供給
手段、１４０・・・・・・ウェハ交換手段移動手段（シ
ャフト昇降機構）、１６４・・・・・・ハウジング開口
（スロット）、１８１・・・・・・加熱手段、１８６，
１８８・・・・・・穴付きプレート、１９０，１９２・
・・・・・フィードスルー装置の入／出口。 Ｆｔｃｆ、Ｉ；Ｊ ＦＩＧだセ。 ＦＩＧ、だω。 ＦＩＧ、　ａ−。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に位置されたウェハを、圧力と実質上独立に高
   速且つ一様にエッチングするための真空室を内部に形成
   するハウジングを有する真空処理反応器において：凸状
   表面を有し、ウェハを、この表面と平行に弓状に支持す
   る受け台；反応ガスを前記室内に供給するガスマニホル
   ド；前記ウェハ支持受け台とガスマニホルドとの間にＲ
   Ｆエネルギーを与え、ウェハエッチングプラズマを発生
   する手段；前記ウェハの表面とほぼ平行にＤＣ（直流）
   磁場を形成する電流制御式磁場発生手段；前記磁場発生
   手段へ選択的に電流を印加し、磁場の強度及び向きを独
   立に制御する手段；及び前記受け台の表面とウェハとの
   間に圧力をかけてガスを与え、ウェハと受け台との間に
   一様な熱伝導性を与える手段；を有する真空処理反応器
   。 ２、前記ＤＣ磁場形成手段が、前記ハウジングの　周囲
   に配置され、前記ウエハの表面と平行に磁場を形成する
   少なくとも第１及び第２対の電磁石を有し；さらに前記
   電流印加手段が、選定された電流を前記電磁石に印加し
   、ＤＣ磁場をウエハの円周方向にステップ動させて一様
   なエッチングプラズマを与える手段を有する請求項１記
   載の真空処理反応器。 ３、内部に位置されたウエハを処理するための真空室を
   内部に形成するハウジングを有し、該ハウジングが、水
   平向きのウエハを前記室内の第１の選定位置へと挿入し
   且つウエハを室から取り出すのを可能とする開口を持つ
   真空処理反応器において： ウェハをほぼ水平の向きで支持する上面を持つ受け台組
   体で、該受け台上面が前記第１の選定位置とほぼ一致し
   ている； 前記受け台の穴を貫いて延びた一群のほぼ垂直向きのピ
   ンを有するウェハ交換手段；及び前記ウェハ交換手段を
   、ウェハを前記第１の選定位置から取り出すため、ウェ
   ハを受け台にクランプするため、及びウェハを前記第１
   の選定位置に戻すための各選定位置へと上下に逐次移動
   させる手段；を有する真空処理反応器。 ４、内部に位置されたウェハを処理するための真空室を
   内部に形成するハウジングを有し、該ハウジングが、水
   平向きのウェハを前記室内の第１の選定位置へと挿入し
   且つウェハを室から取り出すのを可能とする開口を持つ
   真空処理反応器において； ウェハを支持する水平の上面を持つ受け台組体で、該受
   け台上面が前記第１の選定位置とほぼ一致している； 前記受け台とほぼ平行な方向を向いた軸を持つクランプ
   リング手段と、該クランプリング手段よりも、小さい直
   径の円形配列で配置された一群のほぼ垂直向きのピンと
   を有し、該ピンの上端がクランプリング手段から下方へ
   垂直に離間しているウェハ交換手段；及び 前記ウェハ交換手段を、ウェハを前記第１の選定位置か
   ら取り出すため、ウェハを受け台にクランプするため、
   及びウェハを前記第１の選定位置に戻すための各選定位
   置へと上下に逐次移動させる手段；を有する真空処理反
   応器。 ５、前記受け台つまり電極とほほ平行に内側へと延び、
   ウェハを受け台にクランプするフィンガを持つクランプ
   リング手段をさらに有する請求項１、２または３記載の
   真空処理反応器。 ６、ＲＦエネルギーを前記受け台に加える手段をさらに
   有する請求項３または４記載の真空処理反応器。 ７、冷却流体を前記受け台内で循環させる手段をさらに
   有する請求項１、２または３記載の真空処理反応器。 ８、反応器の外側に配設され、反応器の各内部表面を所
   定の温度に加熱して、該表面への付着を防ぐ手段をさら
   に有する請求項７記載の真空処理反応器。 ９、低圧の冷却ガスをイオン化を起こさずに、電力供給
   下の受け台へと導くためのフィードスルー装置をさらに
   有し、該フィードスルー装置が冷却ガスを受け入れるガ
   ス入口と、該ガス入口から離間し、前記受け台に接続さ
   れたガス出口とを持つハウジングを有し、該ハウジング
   がさらに、ガスの通路を横断して延びた一対をなす、内
   側の、接近して離間している、穴付きプレートを有し、
   該プレートのうちガス流の出口側にある一方が前記受け
   台と共通に電気接続され、他方のプレートが装置のアー
   スに接続されている請求項７記載の真空処理反応器。 １０、前記ガスマニホルド及びクランプリング上に、石
   英などエッチを通さない素材の被覆をさらに有する請求
   項１、２または３記載の真空処理反応器。 １１、内部に位置されたウェハを処理するための真空室
   を内部に形成するハウジングを有し、該ハウジングがウ
   ェハ支持ブレードを受け入れるための開口を持つ真空処
   理反応器において： ウェハを前記ブレードから持ち上げ、ウェハを受け台上
   に位置決めし、さらにウェハをブレードへと戻す手段； 反応ガスを前記室に供給するガスマニホルド；前記受け
   台とガスマニホルドとの間にＲＦエネルギーを与え、前
   記反応ガスからウェハをエッチングするためのエッチン
   グプラズマを形成する手段；及び 前記ハウジングの周囲に配設され、ウェハの表面と平行
   にＤＣ（直流）磁場を形成する少なくとも第１及び第２
   対の電磁石を有する磁場発生手段；さらに該電磁石に電
   流を印加し、ウェハの表面上でＤＣ磁場をステップ動さ
   せ、一様なエッチプラズマを与える手段；を有する真空
   処理反応器。 １２、前記受け台がウェハを支持する凸状表面を持ち、
   さらにウェハを前記受け台の支持表面に対してクランプ
   する手段、前記受け台内に冷却流体を循環させる手段、
   及び前記受け台の表面と受け台上のウェハとの間に低圧
   力のガスを与え、ウェハと受け台との間の熱伝導性を高
   める手段を有する請求項１１記載の真空処理反応器。 １３、低圧の冷却ガスをイオン化を起こさずに、電力供
   給下の受け台へと導くためのフィードスルー装置をさら
   に有し、該フィードスルー装置が冷却ガスを受け入れる
   ガス入口と、該ガス入口から離間し、前記受け台に接続
   されたガス出口とを持つハウジングを有し、該ハウジン
   グがさらに、ガスの通路を横断して延びた一対をなす、
   内側の、接近して離間している、穴付きプレートを有し
   、該プレートのうちガス流の出口側にある一方が前記受
   け台と共通に電気接続され、他方のプレートが装置のア
   ースに接続されている請求項１２記載の真空処理反応器
   。 １４、反応器の外側に配設され、反応器の各内部表面を
   所定の温度に加熱して、該表面への付着を防ぐ手段をさ
   らに有する請求項１３記載の真空処理反応器。 １５、前記ガスマニホルド及びクランプリング上に、石
   英などエッチを通さない素材の被覆をさらに有する請求
   項１３または１４記載の真空処理反応器。 １６、前記被覆が石英である請求項１５記載の真空処理
   反応器。