JPH02310383A

JPH02310383A - 磁気的に強化された半導体処理用プラズマ反応システム

Info

Publication number: JPH02310383A
Application number: JP2118488A
Authority: JP
Inventors: Peter R Hanley; ピーター　アール　ハンリー; Stephen E Savas; スティーヴン　イー　サヴァス; Karl B Levy; カール　ビー　レヴィ; Neeta Jha; ニータ　ジャー; Kevin Donohoe; ケヴィン　ドナフー
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1989-05-08
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1990-12-26
Also published as: KR900019154A; EP0396919A2; KR0161683B1; EP0396919A3

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、半導体処理に関し、特に、半導体ウェーハの
真上の領域に効率的にプラズマをつくり出すシステムに
関する。本発明の主な目的は、活発な電子をウェーハ付
近に閉じ込め、対称性を高めてプラズマ及び反応性自然
種の生産を向上させ、ウェーハ上でのエツチング及び蒸
着の均−性及び速度を向上させるものである。

（従来技術とその問題点）近時の技術上の進歩は、より低いコストでより大きな機
能密度を提供する、ますます小型化する集積回路を特徴
とする。半導体処理技術は、半導体ウェーハ上により小
さな特徴をパターン付は出来るようにすることにより機
能性を高め、より大きなウェーハを処理出来て、−緒に
作ることの出来る回路の数を増やすことが出来る設備を
開発することにより、コストを下げてきた。１９８０年
代には、３μｍの特徴を有する３インチウェーハから半
μｍの特徴を有する８インチウェーハへ、１６キロビツ
トのメモリーから１−４メガビツトのメモリーへと急速
に進歩し、１６−６４メガビツトのメモリーが開発中で
ある。

半導体処理は、典型的には、一連の写真平版処理を含む
ものであるが、その処理では、ｌ）材料の層をウェーハ
上に蒸着または成長させ、２）フォトレジストの層を該
材料上に蒸着させ、３）マスクまたはステッパープログ
ラムにより画定される所定のパターンに従ってフォトレ
ジストを光に対して露出させ、４）現像剤を使ってレジ
ストを除去し、露光したレジスト又は露光していないレ
ジストを定位置に残しておき、５）ウェーハをエツチン
グして、露光した材料を除去すると同時に、レジストの
下の材料を保留しておき、６）残っているレジストを除
去して、材料のパターン付けされた層を露出させる。

特徴が小さくなり、ウェーハが大きくなってゆくので、
蒸着及びエツチングの均一性がますます重要となり、且
つますます達成するのが困難となってゆく。小さな特徴
を得るには、写真平版処理を非常に薄い層に対して実行
しなければならない。

これは、蒸着及びエツチングを精密に制御しなければな
らないことを意味する。大きな特徴サイズでは有効であ
ったある種の方法は、サブミクロンの特徴サイズでは適
用が困難となりつつある。例えば、湿式化学エツチング
は当方性となりがちで、フォトレジストにより保護され
ていると思われている材料を横に浸食するので、特徴に
公差を持たせなければならない。更に、湿式化学エツチ
ングに伴う表面張力は、フォトレジストの下で露出され
るウェーハ表面において小さな特徴を画定するのに必要
な小さな開口部に対する該エツチングの適合性を損なう
。

プラズマに基づく反応は、ますます重要となってきてお
り、薄膜蒸着及びエツチングの精密な制御を可能にする
。プラズマは、典型的には目に見える白熱光（グロー）
を特徴とする、正イオン及び負イオン及び電子の混合物
である。プラズマは、金属カソードを介して、高周波電
気エネルギーを容量的に電子と結合させ、該電子をガス
分子に衝突させて、より多数のイオン及び電子をつくり
出すことにより、発生させることが出来る。正イオンは
、電場を生成するのに使われるカソードを含む表面に向
かって、相互の反発により外方へ押される。よって、カ
ソードの上に支持されているウェーハに正イオンが衝突
し、該イオンは、プラズマの組成に応じて、蒸着層を形
成し、又は材料を浸食する。

カソードは、ウェーハ表面の上の、これに隣接する薄い
シース領域に大きな負のポテンシャルを有するので、イ
オンは加速されて、ウェーハの平面に対して垂直な大き
な速度成分を持ってウェーハに衝突する。これらのイオ
ンは、そのとき、フォトレジストが無くて露出している
材料の区域に衝突し、垂直な側壁特徴に対しては最小限
の効果を及ぼしながら水平なウェーハ表面に大きな反応
速度を与える。よって、プラズマ反応は、小さな特徴の
精密パターン画定には特に適している。

電子は、正イオンのそれと同じ大きさの電荷を持ってい
るが、それよりは数千倍も軽い。なんらかの形の閉じ込
めが無ければ、より活発な電子はウェーハから拡散して
去ってゆき、プラズマを維持することの出来る電子がプ
ラズマから失われ、ウェーハの直ぐ上ではプラズマの密
度が下がる。

この様に密度が下がる結果として、エツチングまたは蒸
着が遅くなる。電子喪失の効果は、電子を跳ね返したウ
ェーハ表面上の被膜において明らかである。この被膜は
、付近のプラズマの白熱光を欠くものであり、一般に「
ダークスペース」と呼ばれている。

ウェーハ表面に平行な磁場により、活発な電子をプラズ
マに閉じ込めることが出来る。電子は磁力線の周囲の軌
道に引き込まれ、電子が磁場に垂直な方向に脱出するの
が防止されると考えることが出来る。ウェーハの両側に
１対の電磁石を置き、その共通の軸がウェーハ表面に平
行となるように該磁石を相互に同軸に且つ平行に位置決
めすることにより、ウェーハ表面に沿う磁場を生じさせ
ることが出来る。コイルにより作られた磁場は整列し、
加わり合って、ウェーハ表面にほぼ平行で共通軸に沿っ
て均一な磁場となる。

磁場Ｂは、磁力線の周囲の螺旋形の軌道に電子を閉じ込
める。ウェーハの上の、ウェーハに平行な磁場の周囲の
軌道にある電子は、螺旋に沿って西から東へ進み下る。

電場は、電場と反対の方向に電子を加速するので、普通
の反応システムではウェーハの上の下向きの電場は電子
を上向きに加速する。

軌道の西の端にある電子は、上向きに進みつつあるので
、その速度は電場により増大する。その軌道の上端では
、電子は最大の速度となっていて、東向きに進んでいる
。その軌道の東の端では、その運動が電場と整列するの
で、速度が下がる。軌道の下端で電子が西向きに進んで
いるときに最低速度となる。よって、軌道運動する電子
は、東向きには高速で、西向きには低速で運動する。

正味の効果は、電子の東向きＥＸＢドリフトである。漸
増的に、活発な電子が、従って、該電子が維持するプラ
ズマが、この東向きドリフトに従う。このドリフトの結
果として、プラズマは、つ工−ハを中心とするのではな
くて、ウェーハに対して東向きにシフトする。このシフ
トは、不均一な蒸着及びエツチングの潜在的原因となる
。

このプラズマシフトに対処する方法は種々ある。

電子は、電極の周囲にドリフトして、ウェーハの下を通
ってウェーハの上のプラズマ領域に戻る閉じたループを
形成することが出来る。そのためには、ウェーハ支持体
の全周囲の電場及び磁場が所要の閉ループ運動を許すよ
うな反応容器デザインが必要である。

ウェーハを場の中で回転させることにより時間平均され
た円筒状対称性を達成することが出来る。

しかし、ウェーハを回転させると、プラズマに有害な機
械的運動が誘起され、これが汚染を増大させる可能性が
ある。この機械的運動は、ウェーハではなくて磁場を回
転させることによって防止することが出来るが、これは
、２対のコイルを使用し、磁場のベクトル和かウェーハ
表面に平行な平面内で回転するように、コイルを通る電
流の位相を調整することによって、達成することが出来
る。

この様なシステムにおいては優れた結果が得られたが、
コイルを追加し、電流を変調するのにコストがかかる点
で望ましくない。また、この構成では、有限の大きさの
コイルで最大のウェーハ上に最適の均一性を達成するの
はもっと難しい。

必要なのは、プラズマシフトに伴う問題を避けるような
所望の領域に電子を閉じ込めるシステム及び方法である
。好都合なことに、プラズマシフトは、瞬間的にも避け
ることが出来るので、時間平均に軌る必要はない。

（発明の概要）本発明は、電子閉じ込めのために、その軸がウェーハに
垂直な軸対称の磁場を使う。この磁場は該軸に沿って軸
性であり、この軸から離れた所では磁力線は半径方向に
延びて、ウェーハに対してだんだん平行となってゆく。

普通の磁気閉じ込め方式の場合と同様に、該軸から遠く
離れている活発な電子は、ウェーハにほぼ平行な磁力線
の周囲の軌道に引き込まれることによって、閉じ込めら
れる。ウェーハの上では、距離が大きくなるに従って磁
場が強くなるので、該軸の付近の活発な電子は磁場の磁
気ミラー領域により閉じ込められる。

ウェーハの上の中間半径方向位置にある活発な電子は、
各閉じ込め効果の中間レベルにより閉じ込められるので
、実質的に均一な電子間閉じ込め効果がウェーハ全体の
上に得られる。

磁気ミラーは、核融合炉におけるプラズマ閉じ込めの文
献で記載されている。磁力線に沿って累進的に螺旋運動
する電子は、該磁力線に平行な速度成分と、該磁力線に
垂直な他の速度成分とを有する。磁場強度が電子の運動
の方向に増大する場合には、垂直速度成分が増大して磁
気モーメントを保存する。このとき、エネルギー保存の
ために、平行成分が、これに対応して減少することを必
要とする。垂直速度成分が全電子エネルギーに対応する
時には、平行成分は逆になってエネルギーを保存する。

この逆転は、磁気ミラーにおける反射として特徴付ける
ことが出来る。本発明により定義されるジオメトリ−で
は、磁気ミラーは軸対称であり、且つその磁場と同軸じ
あるので、ウェーハから上方に遠ざかる活発な電子は、
磁気ミラーによってウェーハの方へ反射される。磁気ミ
ラーは深さを有し、その効果は、その軸から半径方向に
離れるに従って徐々に弱まり、従ってその境界が不明瞭
であるので、磁気ミラー領域を参照する。

軸対称の磁場は、軸が一致するように配置された２個の
コイルを使って発生させることが出来る。

従って、該コイルは、普通の磁気強化プラズマエツチン
グ・蓋着反応装置の場合のようにウェーハに対して垂直
に配置されるのではなくて、ウェーハに対して平行に配
置される。更に、該コイルにより作られる磁場は、普通
のプラズマ反応装置の場合のように整列してはおらず、
互いに反対向きである。好ましくは、パターン付けされ
るべき面が上向きである場合には、問題のウェーハ面の
上に該コイルにより作られる磁場は、プラズマの領域を
支配して、ウェーハ付近に所望の小さな軸方向成分を生
じさせる。ウェーハの付近に、該コイルと同軸に小さな
永久磁石を配置して、磁場勾配を強め、磁気ミラーを強
化し、その結果として工ッチング又は蒸着の速度を高め
ることが出来る。

本発明の主な利点は、ＥＸＥドリフトが、対称軸の周囲
に、磁気軸に接近する方向にも離間する方向も、方位角
的であることである。よって、電子は、プラズマシフト
を誘起することなく、つ工−ハの上の円形経路に沿って
ドリフトしようとする。対称の軸は、電子に作用する３
種類の力、即ち、電気力（これは一般的に軸方向に作用
する）と、磁力（これは一般的に軸方向及び半径方向に
作用する）と、一般的に周方向に作用するＥＸＢ力と、
の全てについて回転対称軸である。「軸対称」という用
語はこの回転対称性を表し、これは３６０’連続の対称
を特徴とする高度の対称性を表す。

本発明の提供する方位角方向ドリフト及び回転対称性は
、普通の磁気閉じ込め装置における横ドリフトと、単純
な対称性の欠如と対称をなすものである。その結果、時
間平均を取る必要もないし、電子をウェーハの下に導く
ドリフト経路を設ける必要も無い。

本発明は、更に、いろいろな数、大きさの磁石をいろい
ろな場所に配置することにより磁場の形状を調整する相
当の柔軟性を与えるものであり、該磁石は、永久磁石と
、ある範囲の強度を持った電磁石とを含むことが出来る
。異なる半径を持った磁石をウェーハの上及び下に異な
る距離で配置することにより、磁気閉じ込めの強度及び
均一性を改善することが出来る。被膜付近に電子を閉じ
込めることにより、被膜境界の運動によって、振動する
電場の半サイクルで電子にエネルギーを数回与えて、プ
ラズマをより強力に発生させてエツチング速度及び蒸着
速度を向上させることが出来る。

（実施例）本発明の、ウェーハ２０２の反応性イオン・エツチング
に適したプラズマ反応装置２００は、第１図に示されて
いる様に、反応チャンバ２０６を画定する円筒状容器２
０４と、ガス源２０８と、排気処理システム２１０とか
ら成る。ガス源２０８は、反応ガスをチャンバ２０６に
供給し、排気処理システム２１０は、消費されたガスを
排気して、チャンバ２０６内を所望の大気圧以下の圧力
（＜　ｌ　Ｔｏｒｒ）に保つ。容器２０４の内面である
アノード２１４とカソード２１６との間の振動電場Ｅに
よりプラズマ２１２がチャンバ２０４内に生成される。

この振動は、インピーダンスを整合させた高周波電源２
１８からの高周波パワーにより提供される。これにより
、白熱光領域に振動電場が生じ、シース２２２を持った
プラズマ２１２のシース境界２２０が上下に振動する。

電子は、広がる磁力線２２６及び軸方向磁力線２２８及
び２３０で特徴付けられる合成磁場Ｂにより、プラズマ
２１２の中に磁気的に閉じ込められる。磁場Ｂは、主と
して、容器２０４の頂部外方に位置する上方のソレノイ
ド電磁石２３２と、容器２０４の排気マニホルド２３５
内でウェーハの下に位置する下方のソレノイド電磁石２
３４とが発生させる磁場のベクトル和である。電磁石２
３２及び２３４は、同軸で、ウェーハ２０２に対して垂
直な軸２３６を共有する。

上側の電磁石２３２の北極２３８は下方にウェーハ２０
２に向かっており、下側の電磁石２３４の北極２４０は
上方にウェーハ２０２に向かっている。従って、電磁石
２３２及び２３４によりそれぞれ生成される磁場の軸方
向成分は互いに反対向きで、従って相殺し合い、半径方
向成分は加わり合う。シース２２２付近では上側の電磁
石２３２の場は下側の電磁石２３４の場を僅かに上回る
ので、軸方向成分は弱くて、磁力線２２６は、軸２３６
から離れたウェーハ１０２の主平面２４２にほぼ平行と
なる。よって、軸２３６から離れている電子の閉じ込め
は、磁気軸がウェーハに平行な反応システムにおける電
子の閉じ込めと同様である。

磁場軸２３６付近及びウェーハ２０２付近では、合成磁
場Ｂは短い矢２２８で示されている様にほぼ軸方向を向
いていて弱い。この合成磁場強度は、矢２３０で示され
ている様にウェーハ２０２の上で距離が増すに従って急
速に増大する。磁場勾配の大きさは、プラズマ２１２内
でシース２２２付近に磁気ミラー領域２４４を画定する
のに充分な大きさである。磁気ミラー領域２４４は、プ
ラズマ２１２から電子を反射するが、電子は、これが若
し無ければ拡散し去ってしまう。よって、磁気ミラー領
域２４４はウェーハ２０２の上の軸２３６の付近に電子
閉じ込め作用を与え、半径方向磁力線２２６は、軸２３
６から離れて電子閉じ込め作用を提供する。永久磁石２
４６は、カソード２１６の中に配置され、磁気ミラー領
域２４４０強度及び軸２３６付近の半径方向磁力線２２
６を増強し、反応装置２００のエツチング速度を向上さ
せる。

プラズマ２１２中の電子に与えられるＥＸＢドリフト速
度は、紙面から出る矢２４８及び紙面に入る矢２５０で
示されている様に、方位角方向を向いている。該ドリフ
ト速度は、電子をウェーハの上の円形経路に駆る。これ
は、プラズマ２１２内に瞬間的非対称性を引き起こさな
いので、エツチングはより均一となる。

反応システム２００の電磁気的特徴は第２図の平面図に
略図示されており、この図においてウェーハ２０２は主
な構造的特徴である。電磁石２３２及び２３４の互いに
反対向きの磁場は、反対向きの電流２５２及び２５４を
使って生成される。合成磁場Ｂの、軸２３６の周囲の回
転対称性は、半径方向磁力線２２６と磁気ミラー領域２
４４とから明らかであり、該領域の境界は破線の円で示
されている。ＥＸＢドリフト速度の周方向は矢２４８．
２５０及び２５６で示されている。軸２３６付近で、場
Ｅ及びＢはほぼ整列するので、そのベクトル積はほぼゼ
ロで、ドリフト速度は小さい。

好ましくは、合成磁場Ｂは、プラズマ濃度のピークがチ
ャンバ２０６の頂部よりはシース２２２の近くにある様
に生成される。これを達成するために、シース境界を２
２０により付勢された電子が高い割合でシース２２２付
近の領域に閉じ込められる０図示のプラズマ反応装置２
００では、容器２０４の内径は１３インチ（３１，８５
ｃｍ）である。下側の電磁石２３２の外径は１１．５イ
ンチ（２８，１８Ｃ１１）で、内径は１０．２５インチ
（２５，１１ＣＩ１１）、高さは２インチ（４，９国）
である。カソード２１６の外径は１０インチ（２４，５
ｃｍ）である。

上側の電磁石２３２の外径は６インチ（１４，７ｃｍ）
、内径は３インチ（７，３５ｃｍ）　、高さは１．２５
インチ（３，０６ｃｍ）である。永久磁石２４６は、セ
ラミックの一種であるバリウムフェライトから成り、３
５ないし１００ガウスの磁場強度を提供し、カソード２
１８の上面２５８から約０．７５インチ（１，８４ａｎ
）下方に位置する。

本発明の第２の反応装置３００が第３図及び第４図に示
されている。反応システム３００は、主としてＲＩＥモ
ード・プラズマエツチングに使用される単一ウェーハ・
磁場強化プラズマエツチング反応装置であるが、プラズ
マモード・エツチングも可能である。反応システム３０
０は、ハウジング６２を有し、このハウジングは、典型
的には、アルミニウム等の非磁性材料から成り、外壁６
４の８角形（水平断面で見て）の形態を持っている。

円形の内壁６６はエンチングチャンバ６８を画定する。

磁気コイル３３２及び３３４は、所望の軸対称磁場と磁
気ミラー領域とを生成する。反応システム３００には永
久磁石は用いられていない。

反応システム３００は、ガス及び液体で冷却される台座
カソード組立体７０と、ウェーハ交換システム７４も含
む。

ウェーハ交換システム７４は垂直に移動可能なウェーハ
リフトフィンガー７９を包含し、これは、ウェーハ７５
をブレード７６から持ち上げ、ウェーハ７５を処理のた
めにカソード７２に移し、その後、処理されるたウェー
ハを、チャンバ６８から除去するためにロボットブレー
ド７６に戻す。

また、ウェーハ交換システム８４は、ウェーハリフトフ
ィンガー７９のあるウェーハクランプリング７８を構成
要素として持っている。ウェーハ交換システム７４のデ
ザインと、関連するウェーハリフト・クランプ構造を設
けたこととは、チャンバ６８内で１軸ロボツト駆動装置
を使用することを可能にするものである。更に、外部ロ
ボットは、単に、チャンバロボットと交換するために、
選択された移送位置までウェーハ７５を差し出すだけで
よい。

プロセスガスは、ガスマニホルド８０によりガス供給シ
ステム８１からチャンバ６８に供給される。システム８
１は１個以上のガス蓄積容器／タンクから成る。ガス供
給システム８１は、供給ライン８２を介してマニホルド
８０及びチャンバ６８に連通しており、これは入口継手
８４によりマニホルド８０に接続されている。反応装置
３００は、色々なエツチングガス、キャリンジガス等の
、チャンバ６８への流量を制御する自動流量制御システ
ムを含む。

チャンバ６８内は真空にされ、消費されたガス及び伴出
される生成物は、排気ボート９２に連通ずる環状の排気
チャンバ９０を介して排気され、ポート９２は、典型的
には真空バルブシステム及びルーツ送風機その他の普通
の構成要素を介して、機械的ポンプ（図示せず）から成
る普通の真空ポンプシステム９３に接続されている。排
気流は、チャンバ６８から、円筒状カソード組立体７０
の上周辺部の上に取りつけられた水平な環状板９６の孔
９４を通過する。有孔板９６は、環状排気チャンバ９０
中へのプラズマの侵入を阻止する。この排気装置は、ウ
ェーハ７５を反応ガスで均一に覆ってエツチングするの
を容易にする。排気システム９３の制御は、圧力制御シ
ステムを通して作用する圧力計（図示せず）等の容量性
の普通のシステムと、該送風機の速度を制御する直流モ
ータとによって行われる。

第４図に矢１０２−１０８で示されている様に、入口８
４に通じたガス（矢１００）は、マニホルド８０に通さ
れ（矢１０２）、次にマニホルド８０から下に向けられ
（矢１０４）で、貰周波パワーが加えられている際にチ
ャンバプロセス領域１１０にエツチングガスプラズマを
形成し、次にウェーハ７５上を流れ、半径方向外方にウ
ェーハ７５を通過して環状排気チャンバ６０に流入しく
矢１０６）、次に排気ボート９２から出る（矢１０Ｂ）
。

高周波パワーは、プロセス領域１１０に入ったガスから
エツチングガスプラズマを作るために高周波電源１１２
から供給される。電源１１２は、高周波電源と付加整合
回路網とを含み、カソード７２に接続され、チャンバの
壁はグランド電位である。即ち、カソード８２はパワー
を供給されるカソードである。高周波パワーは、典型的
には、好ましくは１３．６ＭＨｚの高周波数で供給され
る。

しかし、反応システム３００は、例えば数ＫＨｚの低周
波数で使用することも出来るものである。また、もっと
高い周波数、例えば数百ＭＨｚを使用することも出来、
る。

パワーが供給されるペデスタル・カソードを使用するこ
とにより、ウェーハの表面区域に高周波パワー及びプラ
ズマを集中させ、ウェーハ上でのパワー密度を向上させ
ながら他の場所でのパワー密度を下げることが出来ると
いう利点が得られる。

これにより、チャンバ６８の他の部分の利益になる様に
ウェーハ７５でのエツチングを促進し、ウェーハ汚染の
可能性を低くする。典型的には、約１−５ワツト／ｃａ
Ｉのパワー密度が使用される。

この様な大パワー密度は冷却を必要とする。好ましくは
、ウェーハからカソードへの熱伝導をガスで強化し、且
つ、液体でカソードを冷却することが出来る構造にされ
る。しかし、ヘリウム等の冷却ガスを低温でカソード７
２に加えると、普通は冷却ガスが分解することになる。

本反応装置はガス・フィードスルー１１４を包含し、こ
れは、イオン化を生じさせずにガスをカソード７２に供
給する。

ペデスタル組立体７０は、ハウジング６２の中に装置さ
れたほぼ円筒状の壁構造と、ハウジング６２の底に取り
つけられて該ハウジングの下に延在する円筒状底ハウジ
ング１２６とから成る。環状の排気板９６がハウジング
１２４の周囲のボス１２７及び１２９に取りつけられて
いる。カソード７２は、環状絶縁部材１３０−１３４を
噛み合わせることにより接地されたハウジングに取りつ
けられたほぼ円筒状のベース１２８に取りつけられてい
る。

ウェーハ交換組立体７０は、円形に配置された多数の垂
直に延びるウェーハ支持ピン／フィンガー７９（４個が
図示されている）を含む。フィンガー７９は、カソード
７２の周辺部及びベース１２８の孔を通して延在してい
る。ウェーハ支持フィンガー７９及びウェーハクランプ
リング７８は、支持アーム手段に取りつけられており、
該手段は、シャフトリフト機構に取りつけられた水平に
延びるアーム１３７と、円筒状リング部材１３９とから
成る。アーム１３７は、垂直に移動出来る様にシャフト
リフト機構１４０に取りつけられている。

ウェーハ保持ピン７９は、アーム組立体のそれぞれのア
ーム１３７に取りつけられ、カソード７２の上側のウェ
ーハ支持面の孔を通して延びている。ウェーハクランプ
リング７８もアーム組立体に、即ち、リング１３９に、
取りつけられている。リング１３９は、ハウジング１２
４とベース１２８との間に形成されたチャネル１４１の
中で垂直に移動可能である。ウェーハ支持ピン７９と、
該ピンから垂直方向にずれているウェーハクランプリン
グ７８とを使用し、これらを共に共通の、垂直に移動可
能なアーム組立体に取りつけたので、車軸運動を使用し
てロボットブレード７６で簡単にウェーハを交換するこ
とが出来る。

シャフトリフト機構１４０は、ボルト１４６で接合され
たスリーブ１４２と円筒状スプリングリテーナ１４４と
から成り、ベース１５０に形成されたボアの中のベアリ
ング１４８に滑動可能に取りつけられている。ベース１
５０は、段のある円筒状の形態であり、その段又は肩に
おいてベース１２８の底に接合されている。

シャフトリフト機構１４０の横運動は、シャフト１４０
のアイレフト１５３を通して延在する１対の垂直な案内
ピン１５１（１個だけ図示）により抑制される。シャフ
トリフト機構１４０とクランプリング７８とピン７９と
の上方への運動を制限（最上の位置）するために、調整
可能なス）７プナフト１５５がピン１５１の螺子付き下
側部分に取りつけられている。

シャフトリフト機１１４０、クランプ７８及びピン７９
を下方に、通常下側位置ヘバイアルするスプリングがベ
ース１５０の底とシャフトのスプリングリテーナ１４４
との間に確保されている。

このスプリングによりバイアスされた位置において、ピ
ン７９はカソード７２の孔に引っ込んでおり、クランプ
リング７８はカソード７２の周辺部に弾力的に係合する
。クランプリング７８は、つニーハフ５の周辺部をカソ
ード７２の上面１５４に対してしっかりと且つ弾力的に
クランプする。

シャフトリフト機構１４０、クランプリング７８及びピ
ン７９の、上方への垂直運動は、典型的にはハウジング
１２６に取りつけられる空気圧シリンダ１５８の垂直ロ
ッド１５６によりなされる。

ロッド１５６の上方への運動により、シャフト１４０は
スプリング１５２のバイアス作用に抗して上方に移動し
、クランプリング７８はカソード８２及びウェーハ７５
から離れ、フィンガー７９はカソード７２を通し・て上
方に延びてウェーハ７５を拾い上げる。

反応装置のハウジング壁６６は、外部ブレード７６がチ
ャンバ６８に出入りするのを可能にする閉塞可能な細長
い開口部又はスロット１６０を持っている。スロット１
６０は、ウェーハを置いたリウエーハをチャンバ６８か
ら取り出すためにブレード７６が使用されていないとき
に、チャンバ６８を密閉するために枢動可能に装置され
たドア１６２により閉じられる。

台座組立体７０は、液体とガスとの組合せにより、即ち
、ガスで強化されたウェーハからカソードへの熱伝導と
液体カソード冷却とにより、冷却される。典型的には冷
水の形の液体は、コンピュータ制御の給水装置１６９か
ら入口１７０に供給され、該人口１７０は、ベース１２
８の下側環状チャネル１７２と連通し且つ１対の上側円
形チャンバ１７４とも連通する。

冷却ガスは、ウェーハ７５から、水で冷却されるカソー
ド７２への熱伝達を強化する。熱伝導性のガスは、普通
のコンピュータ制御冷却ガス供給装置１７５により、カ
ソード７２による低圧ガスのイオン化を防止するフィー
ドスルー１１４を介して、人口通路１７６に加えられる
。カバー６７とハウジング側壁６ロー６６の上部とを、
特に内部ハウジング及び上部チャンバ壁６７Ｉ及び６６
１を加熱するために、加熱装置１８１　（円筒状電気抵
抗ヒーター）が反応装置３００のカバー６７に取りつけ
られている。

本発明は、前記の明細を変更するかなりのデザイン上の
自由度を提供する。異なるプラズマ組成を使って異なる
エツチング又は蒸着反応の組をウェーハ面で促進するこ
とが出来る。異なる磁石位置、寸法、電流、及び磁場強
度を使用することが出来る。より大きな内径及び外径を
有する磁石を上側に配置して成功裏に使用することが出
来る。

磁石は、チャンバ２０６の中又は容器２０８の外側に配
置することが出来、或いはその両方に配置することが出
来る。外部磁石を、容器２０４の上、下又は周辺部に配
置することが出来る。永久磁石及び電磁石の両方を使う
ことが出来る。上側及び下側の両方の磁石の極性を、図
示の極性に対して逆転させることが出来る。プラズマの
半径方向の輪郭を微調整するために随意の個数の磁石を
使用することが出来る。これは、主磁石に対していずれ
かの極方向を持った補足磁石を含む。記載した実施例に
対する以上の変形及び修正等を本発明は提供するもので
あり、その範囲は特許請求の範囲の欄の記載内容によっ
てのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体処理用のフラズマ反応装
置の略側面図である。第２図は、第１図の反応装置が発生させる電気力及び磁
気力の略平面図である。第３図は、本発明の他のプラズマ反応装置を一部切り欠
いて示す斜視図である。第４図は、第３図のプラズマ反応装置の垂直断面図であ
る。２００・・・・・・プラズマ反応装置、２０２・・・・
・・ウェーハ、２０４・・・・・・円筒状容器、２０６・・・・・・反応チャンバ、２０Ｂ・・・・・・ガス源、２１０・・・・・・排気処理システム、２１２・・・・
・・プラズマ、２１４・・・・・・アノード、２１６・・・・・・カソード、２１８・・・・・・高周波電源、２２０・・・・・・シース境界、２２２・・・・・・シース、２２６．２２８．２３０・・・・・・磁力線、２３２．
２３４・・・・・・ソレノイド電磁石、２４４・・・・
・・磁気ミラー領域。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体処理用のプラズマ反応装置であって、半導
体ウェーハの表面の付近に、前記面において所定の反応
を促進するように選択されたプラズマを形成するプラズ
マ発生手段と、前記プラズマを磁気的に閉じ込める閉じ込め手段とから
なり、前記閉じ込め手段は、少なくとも部分的に前記プ
ラズマを前記ウェーハ付近の領域に閉じ込めて前記反応
を促進する磁気ミラー領域を画定することを特徴とする
プラズマ反応装置。
（２）半導体処理用のプラズマ反応装置であって、プラ
ズマに基づく反応が生ずるべき主平面を有する半導体ウ
ェーハを支持するウェーハ支持手段と、前記表面付近にプラズマを形成するプラズマ発生手段と
、前記プラズマを磁気的に閉じ込める磁気強化手段となら
成り、前記強化手段は、前記主平面に垂直な軸を有する
軸対称磁場を画定することを特徴とするプラズマ反応装
置。
（３）半導体処理用のプラズマ反応装置であって、半導
体ウェーハの主表面の付近に、前記面において所定の反
応を促進するように選択されたプラズマを形成するプラ
ズマ発生手段と、前記プラズマを前記面の付近の領域に閉じ込める複数の
磁気手段とから成り、前記複数の磁気手段は、第１磁石
及び第２磁石を含み、前記第１磁石は、前記面に垂直な
対称の軸を有する第１の磁場を提供し、第２磁石は、前
記対称軸を共有し前記第１磁場とは軸方向に逆向きの第
２磁場を提供することを特徴とするプラズマ反応装置。
（４）半導体ウェーハの主面の付近にプラズマを閉じ込
める方法であって、磁場勾配を持った磁気ミラー領域を、前記勾配が前記面
に実質的に垂直となるように且つ前記プラズマが前記面
と前記磁気ミラー領域との間に少なくとも部分的に閉じ
込められ且つ前記面と平行になるように、配置すること
から成ることを特徴とする方法。
（５）半導体ウェーハの主面の付近にプラズマを閉じ込
める方法であって、前記面に垂直な軸の周囲に軸対称である磁場を使って前
記プラズマを閉じ込めることから成ることを特徴とする
方法。
（６）半導体処理用のプラズマ反応装置であって、反応
チャンバを画定する反応容器と、試薬ガスを前記反応チャンバに導入するガス導入手段と
、消費されたガスを前記反応チャンバから除去し、大気圧
より低い圧力を前記チャンバ内に維持する磁気処理手段
と、反応が生じるべき主面を有する半導体ウェーハを前記反
応チャンバ内に支持する支持手段と、前記反応ガスから
プラズマを発生させる振動電場を発生させる電源手段で
あって、前記電場は前記面にほぼ垂直で前記プラズマが
前記面に引きつけられるようになっている電源手段と、
前記面に垂直な軸の周囲に軸対称である正味の磁場を生
成する磁場手段とから成り、前記正味の磁場は、前記軸
付近に磁気ミラー領域を包含し、前記正味の磁場は、前
記軸から半径方向に離れるに従って前記面に平行となっ
てゆき、前記正味の磁気手段は、前記面に実質的に垂直
な軸を有する第１磁場を生成する第１磁石と、前記軸を
共有し前記第１磁場と逆向きの第２磁場を生成する第２
磁石とを包含することを特徴とするプラズマ反応装置。
（７）前記プラズマは、前記プラズマ発生手段により境
界スペース中を行き来する様に動かされるシース境界を
有し、前記第１磁気手段及び前記第２磁石手段は、前記
正味の磁場が前記プラズマの活発な電子の多くを前記境
界スペースに閉じ込めることとなる様に協働的に画定さ
れることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ反応装
置。
（８）前記磁場手段は、前記支持手段内に永久磁石を有
し、前記永久磁石は、前記軸の周囲に軸対称の場を生成
することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応装
置。
（９）前記反応容器は排気マニホルドを含み、前記第１
及び第２の磁石の一つは前記排気マニホルド内に配置さ
れていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反
応装置。
（１０）半導体処理用のプラズマ反応装置であって、半
導体ウェーハの面の付近にプラズマを形成するプラズマ
発生手段であって、前記プラズマは前記面で所定の反応
を促進するように選択されており、高周波電場を生成す
る手段を含むプラズマ発生手段と、前記プラズマを磁気的に閉じ込める閉じ込め手段とから
成り、前記閉じ込め手段は、前記電場と協働して前記面
に実質的に垂直な軸の周囲に方位角方向のプラズマドリ
フトを誘起する磁場を画定することを特徴とするプラズ
マ反応装置。
（１１）半導体ウェーハをプラズマ処理する方法であっ
て、処理されるべき主平面を有する半導体ウェーハをプラズ
マ環境中に置き、前記主平面の第１の側に第１磁場を形成し、前記主平面
の第２の側に第２磁場を、前記第１磁場及び前記第２磁
場が協働して前記プラズマの活発な電子を前記主平面の
近傍に捉える様に、形成することから成ることを特徴と
する方法。
（１２）前記第１磁場及び前記第２磁場は実質的に同軸
であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
（１３）前記第１磁場及び前記第２磁場は、互いに逆向
きの極性を有することを特徴とする請求項１１に記載の
方法。
（１４）前記第１磁場及び前記第２磁場は、少なくとも
部分的に、前記主平面の近傍に配置された永久磁石によ
り生成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法
。
（１５）反応チャンバと、処理されるべき主平面を有する半導体ウェーハを支持す
るために前記反応チャンバ内に配置されたウェーハ支持
手段と、前記主平面の近傍にプラズマを生成するプラズマ発生手
段と、第１磁気軸を有し、前記第１磁気軸が前記主平面に実質
的に垂直となる様に前記主平面の第１の側に配置された
第１磁石手段と、第２磁気軸を有し、前記第２磁気軸が前記主平面に実質
的に垂直となる様に前記主平面の第２の側に配置された
第２磁石手段とから成ることを特徴とするプラズマ反応
装置。
（１６）前記第１磁気軸及び前記第２磁気軸は実質的に
同軸で実質的に前記半導体ウェーハの前記主平面を中心
とすることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ反
応装置。
（１７）前記第１磁石手段により生成された磁場は、前
記第２磁石手段により生成された磁場と逆向きであるこ
とを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ反応装置。
（１８）前記第１磁石手段及び前記第２磁石手段の少な
くとも一方は、前記主平面の近傍に配置された永久磁石
を含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ反
応装置。