JPH07169703A - 高密度プラズマｃｖｄ及びエッチングリアクタ - Google Patents
高密度プラズマｃｖｄ及びエッチングリアクタInfo
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- JPH07169703A JPH07169703A JP6203633A JP20363394A JPH07169703A JP H07169703 A JPH07169703 A JP H07169703A JP 6203633 A JP6203633 A JP 6203633A JP 20363394 A JP20363394 A JP 20363394A JP H07169703 A JPH07169703 A JP H07169703A
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 アスぺクトレシオが２より大きなチャンネル
に対して、誘電体をスパッタリングで堆積する場合，通
常の方法では入口が早く閉塞されて内部に空所が生じ
る。このような空所を作らないようにプラズマＣＶＤと
エッチングをうまく組み合わせたリアクタを提供する。 【構成】 ＲＦスパッタエッチングプロセスでは被加工
面に対するイオンの入射角が４５°の時にエッチング速
度が最も速い。この性質を利用してチャンネル入口の角
の所では堆積よりもエッチングの方が少し速くなるよう
にリアクタ天井の円形底壁５０に設けた噴霧穴５１から
反応ガスを超音速で噴出させ，ＲＦ電極７４上に保持し
たウエハ４６に衝突させる。円形底壁５０の内側に配置
した磁石と，ＲＦアンテナ４９による誘導結合の効果
で，発生したプラズマ中のイオンの入射角の分布が適当
に調節されると，チャンネル入口の角部の誘電体堆積速
度が他の部分より遅くなり空所を作らぬ堆積が行われ
る。
に対して、誘電体をスパッタリングで堆積する場合，通
常の方法では入口が早く閉塞されて内部に空所が生じ
る。このような空所を作らないようにプラズマＣＶＤと
エッチングをうまく組み合わせたリアクタを提供する。 【構成】 ＲＦスパッタエッチングプロセスでは被加工
面に対するイオンの入射角が４５°の時にエッチング速
度が最も速い。この性質を利用してチャンネル入口の角
の所では堆積よりもエッチングの方が少し速くなるよう
にリアクタ天井の円形底壁５０に設けた噴霧穴５１から
反応ガスを超音速で噴出させ，ＲＦ電極７４上に保持し
たウエハ４６に衝突させる。円形底壁５０の内側に配置
した磁石と，ＲＦアンテナ４９による誘導結合の効果
で，発生したプラズマ中のイオンの入射角の分布が適当
に調節されると，チャンネル入口の角部の誘電体堆積速
度が他の部分より遅くなり空所を作らぬ堆積が行われ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、無線周波数（ｒａｄｉ
ｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））プラズマ化学蒸着
（ＣＶＤ）及びスパッタエッチングプロセス（ｓｐｕｔ
ｔｅｒ ｅｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を実行する為
のリアクアタに関し、特に前記両プロセスを同時に実行
する為のリアクタに関する。
ｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））プラズマ化学蒸着
（ＣＶＤ）及びスパッタエッチングプロセス（ｓｐｕｔ
ｔｅｒ ｅｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を実行する為
のリアクアタに関し、特に前記両プロセスを同時に実行
する為のリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高アス
ペクトレシオ（即ちチャンネルの幅に対するチャンネル
の深さの比が大きい、例えば２より大の場合）を持った
小さい（０．５μｍ以下の）造作（ｆｅａｔｕｒｅｓ）
を有する集積回路構造上に薄い二酸化珪素（ｓｉｌｉｃ
ｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）膜をＣＶＤで形成すると、殆ど
必ず、金属で描いた線（ｍｅｔａｌ ｌｉｎｅｓ）の間
に空所（ｖｏｉｄｓ）が形成される。図１（ａ）に示さ
れるように、二本の金属で描いた線１４Ａ、１４Ｂを分
離する非常に狭い（即ちアスペクト比が２より大の）チ
ャンネル１２を有するデバイス上に誘電性の（ｄｉｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ）材料１０を堆積する際、その誘電性の材
料１０は比較的少ししかチャンネル１２の底に到達せ
ず、空所１５を残す。これは、誘電性の材料１０が、金
属で描いた線１４の垂直壁に沿ったどこよりも速く、金
属で描いた線１４の角部１６に堆積されるからであり、
このようにして堆積処理中にチャンネル１２の底を殆ど
密閉してしまう。この問題を解決する一つの方法は、堆
積中に、それと同時に誘電性の材料１０を角部からエッ
チングで取り除くことであり、これは表面に垂直に衝突
するイオンを使用するＲＦスパッタエッチングプロセス
を使うことによって行われる。このようにしてチャンネ
ル１２が細くなるのを防止する。このプロセスは、アス
ペクト比が２より大のスペ−スに対して使用することが
でき、これは現在使用されている０．５μｍより小さい
場合にはうまく行かない堆積とスパッタリングを順次行
う方法とは異なる。
ペクトレシオ（即ちチャンネルの幅に対するチャンネル
の深さの比が大きい、例えば２より大の場合）を持った
小さい（０．５μｍ以下の）造作（ｆｅａｔｕｒｅｓ）
を有する集積回路構造上に薄い二酸化珪素（ｓｉｌｉｃ
ｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）膜をＣＶＤで形成すると、殆ど
必ず、金属で描いた線（ｍｅｔａｌ ｌｉｎｅｓ）の間
に空所（ｖｏｉｄｓ）が形成される。図１（ａ）に示さ
れるように、二本の金属で描いた線１４Ａ、１４Ｂを分
離する非常に狭い（即ちアスペクト比が２より大の）チ
ャンネル１２を有するデバイス上に誘電性の（ｄｉｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ）材料１０を堆積する際、その誘電性の材
料１０は比較的少ししかチャンネル１２の底に到達せ
ず、空所１５を残す。これは、誘電性の材料１０が、金
属で描いた線１４の垂直壁に沿ったどこよりも速く、金
属で描いた線１４の角部１６に堆積されるからであり、
このようにして堆積処理中にチャンネル１２の底を殆ど
密閉してしまう。この問題を解決する一つの方法は、堆
積中に、それと同時に誘電性の材料１０を角部からエッ
チングで取り除くことであり、これは表面に垂直に衝突
するイオンを使用するＲＦスパッタエッチングプロセス
を使うことによって行われる。このようにしてチャンネ
ル１２が細くなるのを防止する。このプロセスは、アス
ペクト比が２より大のスペ−スに対して使用することが
でき、これは現在使用されている０．５μｍより小さい
場合にはうまく行かない堆積とスパッタリングを順次行
う方法とは異なる。
【０００３】図１（ｂ）のグラフに図示されるように、
ＲＦスパッタエッチングプロセスは、入ってくるイオン
に関して４５度の角度を持った表面に対して最高エッチ
ング速度を有する。イオンを、ウエハ表面に関して直角
方向に衝突するように方向づけることによって、スパッ
タエッチングプロセスは、同時に行われる堆積プロセス
によって形成される角度を持った表面（角部１６を覆う
ように形成される誘電体面のような）を急速にエッチン
グし、他の表面（即ち水平及び垂直な表面）をずっと遅
い速さでエッチングする。このようにしてチャンネル１
２の閉塞を防止し、図１（ａ）に示されるような空所１
５の形成を防止する。このことにより、図１（ｃ）に図
示されているように、側壁及び角部１６よりも、チャン
ネル１２の底及び線１４の上部表面に選択的に誘電性の
材料が堆積することが可能になる。
ＲＦスパッタエッチングプロセスは、入ってくるイオン
に関して４５度の角度を持った表面に対して最高エッチ
ング速度を有する。イオンを、ウエハ表面に関して直角
方向に衝突するように方向づけることによって、スパッ
タエッチングプロセスは、同時に行われる堆積プロセス
によって形成される角度を持った表面（角部１６を覆う
ように形成される誘電体面のような）を急速にエッチン
グし、他の表面（即ち水平及び垂直な表面）をずっと遅
い速さでエッチングする。このようにしてチャンネル１
２の閉塞を防止し、図１（ａ）に示されるような空所１
５の形成を防止する。このことにより、図１（ｃ）に図
示されているように、側壁及び角部１６よりも、チャン
ネル１２の底及び線１４の上部表面に選択的に誘電性の
材料が堆積することが可能になる。
【０００４】以上述べたことを実行する為には、角部１
６近傍のＲＦプラズマスパッタエッチングの速さは、堆
積の速さと同程度でなければならない。半導体デバイス
に電気的な損傷を与えることなく高いスピ−ド（生産処
理量）でスパッタリングするという要件を充足する為に
は、高いプラズマ密度が要求される。そのようなスパッ
タエッチング速さを全ウエハ（８インチシリコンウエハ
のような）に渡って達成する為には、プラズマイオン密
度は全ウエハに渡って十分に高く且つ一様でなければな
らない。そのような一様性は、殆ど完全にアルゴンイオ
ンからなるプラズマを使って容易に達成することができ
る。しかしながら、ここで望まれているスパッタエッチ
ングプロセスは、アルゴン以外の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）
の存在を要するＣＶＤプロセスに付随するものであると
いうことが思い出される。特に、誘電性の材料１０がＳ
ｉＯ2 である、シラン（ＳｉＨ4 ）を使用するＣＶＤプ
ロセスに於いては、十分な量の酸素が存在しなければな
らず、そこでは酸素はプラズマ内でイオン化される。酸
素イオンは比較的寿命が短く、冷却（ｑｕｅｎｃｈｉｎ
ｇ）に対して非常に鋭敏である。ウエハの表面、特に現
在よく使われている型の直径８インチのウエハの表面に
渡って濃度の高い又非常に一様な分布を有する酸素イオ
ンを得ることは非常に困難である。
６近傍のＲＦプラズマスパッタエッチングの速さは、堆
積の速さと同程度でなければならない。半導体デバイス
に電気的な損傷を与えることなく高いスピ−ド（生産処
理量）でスパッタリングするという要件を充足する為に
は、高いプラズマ密度が要求される。そのようなスパッ
タエッチング速さを全ウエハ（８インチシリコンウエハ
のような）に渡って達成する為には、プラズマイオン密
度は全ウエハに渡って十分に高く且つ一様でなければな
らない。そのような一様性は、殆ど完全にアルゴンイオ
ンからなるプラズマを使って容易に達成することができ
る。しかしながら、ここで望まれているスパッタエッチ
ングプロセスは、アルゴン以外の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）
の存在を要するＣＶＤプロセスに付随するものであると
いうことが思い出される。特に、誘電性の材料１０がＳ
ｉＯ2 である、シラン（ＳｉＨ4 ）を使用するＣＶＤプ
ロセスに於いては、十分な量の酸素が存在しなければな
らず、そこでは酸素はプラズマ内でイオン化される。酸
素イオンは比較的寿命が短く、冷却（ｑｕｅｎｃｈｉｎ
ｇ）に対して非常に鋭敏である。ウエハの表面、特に現
在よく使われている型の直径８インチのウエハの表面に
渡って濃度の高い又非常に一様な分布を有する酸素イオ
ンを得ることは非常に困難である。
【０００５】プラズマは、電子サイクロトロン共振（ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎ
ｃｅ（ＥＣＲ））によって発生することができるのであ
るが、ＥＣＲ装置は、設計の複雑さ、サイズ及びコスト
の点から、限られた商業的な魅力しかない。更に、その
プラズマが発生される所はウエハから離れているので、
ＥＣＲリアクタを直径８インチのウエハを収容すること
ができるように大きくすることは困難であり、又複雑な
磁場を同時に使用することを要する。
ｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎ
ｃｅ（ＥＣＲ））によって発生することができるのであ
るが、ＥＣＲ装置は、設計の複雑さ、サイズ及びコスト
の点から、限られた商業的な魅力しかない。更に、その
プラズマが発生される所はウエハから離れているので、
ＥＣＲリアクタを直径８インチのウエハを収容すること
ができるように大きくすることは困難であり、又複雑な
磁場を同時に使用することを要する。
【０００６】誘導結合プラズマをＣＶＤシステム内で高
速スパッタエッチングに応用する技術の初期の形は、ヨ
−ロッパで公開された出願第ＥＰ０，５２０，５１９Ａ
１号に記載されている。その中で説明されているよう
に、誘導結合プラズマが容量結合プラズマよりも優れて
いる点は、より大きなプラズマ密度が存在していたとし
ても、誘導結合プラズマがウエハ上のずっと小さなバイ
アス電圧で発生されることである（ウエハへの損傷の可
能性を低減する）。上で引用した特許出願に開示されて
いる酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）の堆積に
於いては、シラン、殆どイオン化していないのである
が、はシリコンを供給し、気体状の酸素種（ｏｘｙｇｅ
ｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）はＣＶＤによる二酸化珪素の形成
の為に酸素を供給する。ウエハに隣接するシ−ス（ｓｈ
ｅａｔｈ）を横切って加速されたアルゴンイオンは、ス
パッタエッチングの為に使用される。
速スパッタエッチングに応用する技術の初期の形は、ヨ
−ロッパで公開された出願第ＥＰ０，５２０，５１９Ａ
１号に記載されている。その中で説明されているよう
に、誘導結合プラズマが容量結合プラズマよりも優れて
いる点は、より大きなプラズマ密度が存在していたとし
ても、誘導結合プラズマがウエハ上のずっと小さなバイ
アス電圧で発生されることである（ウエハへの損傷の可
能性を低減する）。上で引用した特許出願に開示されて
いる酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）の堆積に
於いては、シラン、殆どイオン化していないのである
が、はシリコンを供給し、気体状の酸素種（ｏｘｙｇｅ
ｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）はＣＶＤによる二酸化珪素の形成
の為に酸素を供給する。ウエハに隣接するシ−ス（ｓｈ
ｅａｔｈ）を横切って加速されたアルゴンイオンは、ス
パッタエッチングの為に使用される。
【０００７】図２は、ＣＶＤ真空チャンバ２０及び上で
引用した出願に開示されている一般的な型の誘導結合プ
ラズマを発生する為のＲＦアンテナ２２を示している。
但しここでは、その特定のチャンバはシルクハット（ｔ
ｏｐ−ｈａｔ）の形状を有している。そのＲＦアンテナ
２２は、真空チャンバ２０の円筒形垂直側壁２４の周り
のソレノイドとしてコイル状に巻かれた導線である。コ
イルアンテナに隣接したソ−ス（ｓｏｕｒｃｅ）チャン
バ壁は、絶縁体であり、一方天井（ｃｅｉｌｉｎｇ）２
６及びプロセスチャンバの壁は好ましくは接地されてお
り、その平らな天井２６は接地された電極として機能す
る。
引用した出願に開示されている一般的な型の誘導結合プ
ラズマを発生する為のＲＦアンテナ２２を示している。
但しここでは、その特定のチャンバはシルクハット（ｔ
ｏｐ−ｈａｔ）の形状を有している。そのＲＦアンテナ
２２は、真空チャンバ２０の円筒形垂直側壁２４の周り
のソレノイドとしてコイル状に巻かれた導線である。コ
イルアンテナに隣接したソ−ス（ｓｏｕｒｃｅ）チャン
バ壁は、絶縁体であり、一方天井（ｃｅｉｌｉｎｇ）２
６及びプロセスチャンバの壁は好ましくは接地されてお
り、その平らな天井２６は接地された電極として機能す
る。
【０００８】引用した出願の円筒形コイルは、コイルア
ンテ中のＲＦエネルギ−を誘導方位性電場（ｉｎｄｕｃ
ｅｄ ａｚｉｍｕｔｈａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅ
ｌｄ）を経由して、プラズマ源領域（ｐｌａｓｍａ ｓ
ｏｕｒｃｅ ｒｅｇｉｏｎ）に非共振的に結合する。自
由空間（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）の中であっても、電場
はチャンバの中心においてゼロなる。プラズマが存在す
る時は、電場は更に急速にチャンバ壁から離れて減少す
る。電場は、プラズマ中に存在する電子を加速し、それ
は更に原子をイオン化し、あるいは分子を原子（ａｔｏ
ｍｓ）又は遊離基 （ｒａｄｉｃａｌｓ）に分解する。
その結合は、プラズマ共振に同調（ｔｕｎｅｄ）しない
ので、その結合は周波数、圧力や局所的な幾何学的形状
に左右されることはずっと少ない。プラズマソ−ス領域
は、ウエハから空間を持って離された形に設計されてお
り、そのソ−ス領域で発生された遊離基あるいはイオン
及び原子はウエハに拡散する。
ンテ中のＲＦエネルギ−を誘導方位性電場（ｉｎｄｕｃ
ｅｄ ａｚｉｍｕｔｈａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅ
ｌｄ）を経由して、プラズマ源領域（ｐｌａｓｍａ ｓ
ｏｕｒｃｅ ｒｅｇｉｏｎ）に非共振的に結合する。自
由空間（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）の中であっても、電場
はチャンバの中心においてゼロなる。プラズマが存在す
る時は、電場は更に急速にチャンバ壁から離れて減少す
る。電場は、プラズマ中に存在する電子を加速し、それ
は更に原子をイオン化し、あるいは分子を原子（ａｔｏ
ｍｓ）又は遊離基 （ｒａｄｉｃａｌｓ）に分解する。
その結合は、プラズマ共振に同調（ｔｕｎｅｄ）しない
ので、その結合は周波数、圧力や局所的な幾何学的形状
に左右されることはずっと少ない。プラズマソ−ス領域
は、ウエハから空間を持って離された形に設計されてお
り、そのソ−ス領域で発生された遊離基あるいはイオン
及び原子はウエハに拡散する。
【０００９】上で引用した出願のチャンバは第一に、比
較的低いチャンバ圧力においてエッチングをするように
設計されており、そこに於いては電子はセンチメ−タオ
−ダの平均自由工程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ
ｓ）を有している。それ故、電子は、第一にはチャンバ
壁に近い所で発生するのであるが、中心に向かって拡散
し、ソ−ス領域の直径全体に渡ってプラズマを均質化す
る傾向があると信じられる。結果として、イオン及び原
子或いは遊離基のウエハに対する拡散は、ウエハに渡っ
て比較的一様になる傾向がある。
較的低いチャンバ圧力においてエッチングをするように
設計されており、そこに於いては電子はセンチメ−タオ
−ダの平均自由工程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ
ｓ）を有している。それ故、電子は、第一にはチャンバ
壁に近い所で発生するのであるが、中心に向かって拡散
し、ソ−ス領域の直径全体に渡ってプラズマを均質化す
る傾向があると信じられる。結果として、イオン及び原
子或いは遊離基のウエハに対する拡散は、ウエハに渡っ
て比較的一様になる傾向がある。
【００１０】上で引用した出願のリアクタは、それがＣ
ＶＤ堆積及びスパッタエッチングの為に使用される時に
は、特に酸素を伴う場合には、問題があると信じられ
る。ＣＶＤに対しては、そのチャンバ圧力は少々高い傾
向があり、電子の平均自由工程を低減し、プラズマ密度
の一様性を欠く結果となっており、そのピ−ク密度をプ
ラズマの外側環状帯（ｏｕｔｅｒ ａｎｎｕｌｕｓ）に
生じさせている。更に、酸素イオンあるいは遊離基は多
くの再結合工程（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐａｔｈ
ｓ）をたどりやすく、それ故それらの拡散長さは比較的
限られる。そのようにして、ウエハの中心は、ウエハの
縁部よりもプラズマソ−ス領域から遠く、また図３のイ
オン密度の実線カ−ブに示されているように、酸素イオ
ン及び遊離基の密度は、ウエハの縁部に於けるよりもウ
エハ２８の中心近くで低くなっている。ウエハ中心付近
では酸素イオンが不足している為、ＣＶＤ堆積速さに比
べてスパッタエッチング速さが低くなっており、その為
ウエハ中心付近のチャンネルあるいは空間（例えば図１
（ａ）のチャンネル１２）には、図１（ａ）に示される
ように空所１５が形成されるようになる。一方ウエハの
周辺（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）近くの空間は、スパッタリ
ング速さと堆積速さとの間の比は望ましいものとなって
いる。
ＶＤ堆積及びスパッタエッチングの為に使用される時に
は、特に酸素を伴う場合には、問題があると信じられ
る。ＣＶＤに対しては、そのチャンバ圧力は少々高い傾
向があり、電子の平均自由工程を低減し、プラズマ密度
の一様性を欠く結果となっており、そのピ−ク密度をプ
ラズマの外側環状帯（ｏｕｔｅｒ ａｎｎｕｌｕｓ）に
生じさせている。更に、酸素イオンあるいは遊離基は多
くの再結合工程（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐａｔｈ
ｓ）をたどりやすく、それ故それらの拡散長さは比較的
限られる。そのようにして、ウエハの中心は、ウエハの
縁部よりもプラズマソ−ス領域から遠く、また図３のイ
オン密度の実線カ−ブに示されているように、酸素イオ
ン及び遊離基の密度は、ウエハの縁部に於けるよりもウ
エハ２８の中心近くで低くなっている。ウエハ中心付近
では酸素イオンが不足している為、ＣＶＤ堆積速さに比
べてスパッタエッチング速さが低くなっており、その為
ウエハ中心付近のチャンネルあるいは空間（例えば図１
（ａ）のチャンネル１２）には、図１（ａ）に示される
ように空所１５が形成されるようになる。一方ウエハの
周辺（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）近くの空間は、スパッタリ
ング速さと堆積速さとの間の比は望ましいものとなって
いる。
【００１１】可能な解決方法の一つは、天井２６の高さ
を高くすること及びウエハの上方にあるアンテナ２２の
軸方向高さを増やすことである。（アルゴンのみについ
て言えば、このより高いソ−スに対するイオン分布は図
３の破線カ−ブに従えば、実質的には一様となってい
る。）しかしながらそのように高さを増加させることは
実際的ではない。というのは容積を大きくすればする
程、システムの清掃が困難になるからである。もう一つ
のとり得る解決方法は、そのソ−ス領域を非常に低い圧
力（１ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）よりも低い）
で運転することであり、そこでは酸素イオン密度は極め
て一様となっており、イオン分布は、ウエハと上部電極
との間の距離に左右されるのであるが、それ程厳しい問
題とはならない。しかしながら、そのような高真空を維
持する為には非現実的に大きいサイズのポンプを必要と
し、それ故商業的に実行可能とする為には、１と３０ミ
リト−ルの間の比較的低い真空（より高い圧力）が必要
である。
を高くすること及びウエハの上方にあるアンテナ２２の
軸方向高さを増やすことである。（アルゴンのみについ
て言えば、このより高いソ−スに対するイオン分布は図
３の破線カ−ブに従えば、実質的には一様となってい
る。）しかしながらそのように高さを増加させることは
実際的ではない。というのは容積を大きくすればする
程、システムの清掃が困難になるからである。もう一つ
のとり得る解決方法は、そのソ−ス領域を非常に低い圧
力（１ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）よりも低い）
で運転することであり、そこでは酸素イオン密度は極め
て一様となっており、イオン分布は、ウエハと上部電極
との間の距離に左右されるのであるが、それ程厳しい問
題とはならない。しかしながら、そのような高真空を維
持する為には非現実的に大きいサイズのポンプを必要と
し、それ故商業的に実行可能とする為には、１と３０ミ
リト−ルの間の比較的低い真空（より高い圧力）が必要
である。
【００１２】それらの問題の幾つかは、米国特許第４，
９４８，４５８号の中でオグル（Ｏｇｌｅ）によって、
平坦な誘電体チャンバ頂部の上に置かれた平面状のスパ
イラルコイルアンテナを使用することによって対処され
ている。これはパンケ−キ（ｐａｎｃａｋｅ）コイルと
呼ばれることがある。そのような設計は、チャンバの頂
部に隣接した一様なプラズマソ−ス領域を創り出し、そ
のようにしてウエハに対して一様なイオン及び遊離基の
拡散を提供すると主張されている。
９４８，４５８号の中でオグル（Ｏｇｌｅ）によって、
平坦な誘電体チャンバ頂部の上に置かれた平面状のスパ
イラルコイルアンテナを使用することによって対処され
ている。これはパンケ−キ（ｐａｎｃａｋｅ）コイルと
呼ばれることがある。そのような設計は、チャンバの頂
部に隣接した一様なプラズマソ−ス領域を創り出し、そ
のようにしてウエハに対して一様なイオン及び遊離基の
拡散を提供すると主張されている。
【００１３】しかしながらそのパンケ−キコイルには欠
点があると信じられる。その平面状の形態は、チャンバ
内へのＲＦパワ−結合の重要な部分が容量結合（ｃａｐ
ａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）であるというこ
と、即ち、それは誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ）の場合のようにアンテナに流れる電流に
よって誘導される電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ
ｓ）よりもむしろアンテナ構造の中にたまった電荷によ
って作られた電場を用いているということを暗示してい
る。容量結合は一般的に、非常に高い電場を創り出し、
それは次に半導体リアクタの中に有害な高エネルギ−電
子を創り出す。これと対照的に、上で引用したコリンズ
他の出願の誘導主体の結合は、より低い電場及びより低
い電子エネルギ−を生み出す。
点があると信じられる。その平面状の形態は、チャンバ
内へのＲＦパワ−結合の重要な部分が容量結合（ｃａｐ
ａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）であるというこ
と、即ち、それは誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ）の場合のようにアンテナに流れる電流に
よって誘導される電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ
ｓ）よりもむしろアンテナ構造の中にたまった電荷によ
って作られた電場を用いているということを暗示してい
る。容量結合は一般的に、非常に高い電場を創り出し、
それは次に半導体リアクタの中に有害な高エネルギ−電
子を創り出す。これと対照的に、上で引用したコリンズ
他の出願の誘導主体の結合は、より低い電場及びより低
い電子エネルギ−を生み出す。
【００１４】従って、毎分１０００オングストロ−ムの
オ−ダ−で、一様な酸素スパッタリングあるいはエッチ
ング速さを維持する為に、大きい（８インチ）ウエハに
渡って、１と３０ミリト−ルの間で、高密度誘導結合プ
ラズマ内において酸素イオンを一様に分布させる必要が
ある。別の問題は、真空チャンバ２０の側壁にあるガス
出口３０から放出されるシランが、ウエハ２８の方向に
向かうだけでなく全ての方向に等しく拡散してしまうこ
とである。シラン及び酸素ガスはお互いに任意に反応す
るので、又チャンバの壁は、（特に比較的半径の大きい
ウエハにとっては）ウエハ２８の殆どの部分よりもガス
出口３０に近いので、真空チャンバ２０の内部表面全体
に対するＳｉＯ2 の堆積の方が、ウエハ２８への堆積よ
りも大きくなる。このことは、リアクタは定期的に生産
活動から外し、ＳｉＯ2 のコ−ティングを内部表面から
除去しなければならいという事を意味しており、これは
大変な損失である。
オ−ダ−で、一様な酸素スパッタリングあるいはエッチ
ング速さを維持する為に、大きい（８インチ）ウエハに
渡って、１と３０ミリト−ルの間で、高密度誘導結合プ
ラズマ内において酸素イオンを一様に分布させる必要が
ある。別の問題は、真空チャンバ２０の側壁にあるガス
出口３０から放出されるシランが、ウエハ２８の方向に
向かうだけでなく全ての方向に等しく拡散してしまうこ
とである。シラン及び酸素ガスはお互いに任意に反応す
るので、又チャンバの壁は、（特に比較的半径の大きい
ウエハにとっては）ウエハ２８の殆どの部分よりもガス
出口３０に近いので、真空チャンバ２０の内部表面全体
に対するＳｉＯ2 の堆積の方が、ウエハ２８への堆積よ
りも大きくなる。このことは、リアクタは定期的に生産
活動から外し、ＳｉＯ2 のコ−ティングを内部表面から
除去しなければならいという事を意味しており、これは
大変な損失である。
【００１５】このようにして、チャンバの内面へのＣＶ
Ｄ残留物（例えばＳｉＯ2 ）の堆積が少なく又それ故に
頻繁な清掃も要しないリアクタが必要とされている。
Ｄ残留物（例えばＳｉＯ2 ）の堆積が少なく又それ故に
頻繁な清掃も要しないリアクタが必要とされている。
【００１６】
【課題を解決する為の手段と作用】本発明は、一局面に
従えば、ウエハを処理する為の真空チャンバと、そのチ
ャンバ中に反応性ガスを導入する為の１以上のガス源
と、そのチャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生す
る為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−を放射する能力
があり、且つ二次元的に湾曲した面内に置かれているア
ンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアクタに具体化され
ている。
従えば、ウエハを処理する為の真空チャンバと、そのチ
ャンバ中に反応性ガスを導入する為の１以上のガス源
と、そのチャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生す
る為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−を放射する能力
があり、且つ二次元的に湾曲した面内に置かれているア
ンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアクタに具体化され
ている。
【００１７】本発明は、別の局面に従えば、ウエハ処理
の為の真空チャンバと、チャンバの中でウエハの上にあ
る部分内でプラズマを発生する為にチャンバ内にＲＦエ
ネルギ−を放射する能力のあるアンテナと、チャンバ内
のウエハの上にある部分に向けて超音速で反応性のガス
を噴霧する為の装置とを含むプラズマリアクタに具体化
されている。
の為の真空チャンバと、チャンバの中でウエハの上にあ
る部分内でプラズマを発生する為にチャンバ内にＲＦエ
ネルギ−を放射する能力のあるアンテナと、チャンバ内
のウエハの上にある部分に向けて超音速で反応性のガス
を噴霧する為の装置とを含むプラズマリアクタに具体化
されている。
【００１８】本発明は、更に別の局面に従えば、ウエハ
処理用の真空チャンバと、そのチャンバ内でウエハの上
にある部分内でプラズマを発生する為にＲＦエネルギ−
をチャンバ内に放射する能力のあるアンテナと、真空チ
ャンバの真空封じ込め壁に熱的に結合され且つ少なくと
も殆どウエハの縁部の上にあるガス分配入口オリフィス
を有するそれぞれのノズル先端部を持って当該ウエハに
向かって延びている複数の伸延スプレ−ノズルを備えた
プラズマリアクタに具体化されている。
処理用の真空チャンバと、そのチャンバ内でウエハの上
にある部分内でプラズマを発生する為にＲＦエネルギ−
をチャンバ内に放射する能力のあるアンテナと、真空チ
ャンバの真空封じ込め壁に熱的に結合され且つ少なくと
も殆どウエハの縁部の上にあるガス分配入口オリフィス
を有するそれぞれのノズル先端部を持って当該ウエハに
向かって延びている複数の伸延スプレ−ノズルを備えた
プラズマリアクタに具体化されている。
【００１９】本発明は、更にもう一つの局面に従えば、
ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前
記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するため
に、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があ
るアンテナと、そのチャンバの内側にあり、そのチャン
バの中で前記ウエハの上にある部分内に反応性ガスを噴
霧するためのものであり、前記ウエハに関して対称に配
設され、該ウエハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの
実質的部分の上に存在することがないようになってい
る、閉じたチューブとを備えており、その閉じたチュー
ブが、その中に、前記ウエハの上にある前記真空チャン
バの内部部分に対向している複数のスプレー開口を有す
るプラズマリアクタに具体化されている。
ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前
記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するため
に、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があ
るアンテナと、そのチャンバの内側にあり、そのチャン
バの中で前記ウエハの上にある部分内に反応性ガスを噴
霧するためのものであり、前記ウエハに関して対称に配
設され、該ウエハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの
実質的部分の上に存在することがないようになってい
る、閉じたチューブとを備えており、その閉じたチュー
ブが、その中に、前記ウエハの上にある前記真空チャン
バの内部部分に対向している複数のスプレー開口を有す
るプラズマリアクタに具体化されている。
【００２０】本発明は、更にもう一つの局面に従えば、
ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前
記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するため
に、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があ
るアンテナと、前記チャンバの中で前記ウエハの上にあ
る前記部分内に反応性を噴霧するための平面スプレーシ
ャワーヘッド（ｐｌａｎａｒ ｓｐｒａｙ ｓｈｏｗｅ
ｒｈｅａｄ）とを備え、該平面スプレーシャワーヘッド
が前記真空チャンバの中の前記ウエハの上方の（ｏｖｅ
ｒ）内部部分の上にあり（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、且つ
前記ウエハに対向する複数のスプレーノズル開口を有
し、さらに前記複数のノズル開口の隣接する開口の間で
あって、前記平面スプレーノズルの内部部分にある複数
の磁石とを備え、該複数の磁石が前記スプレーノズル開
口からイオンをはね返すような方向に向けられている、
プラズマリアクタに具体化されている。
ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前
記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するため
に、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があ
るアンテナと、前記チャンバの中で前記ウエハの上にあ
る前記部分内に反応性を噴霧するための平面スプレーシ
ャワーヘッド（ｐｌａｎａｒ ｓｐｒａｙ ｓｈｏｗｅ
ｒｈｅａｄ）とを備え、該平面スプレーシャワーヘッド
が前記真空チャンバの中の前記ウエハの上方の（ｏｖｅ
ｒ）内部部分の上にあり（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、且つ
前記ウエハに対向する複数のスプレーノズル開口を有
し、さらに前記複数のノズル開口の隣接する開口の間で
あって、前記平面スプレーノズルの内部部分にある複数
の磁石とを備え、該複数の磁石が前記スプレーノズル開
口からイオンをはね返すような方向に向けられている、
プラズマリアクタに具体化されている。
【００２１】本発明は、更にもう一つの局面に従えば、
ウエハ処理用の真空チャンバと、プラズマを発生するた
めに、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力が
あるアンテナと、前記ウエハの上にあり、且つ電位に接
続可能である、ドーム形の導電性の電極とを備える、プ
ラズマリアクタに具体化されている。
ウエハ処理用の真空チャンバと、プラズマを発生するた
めに、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力が
あるアンテナと、前記ウエハの上にあり、且つ電位に接
続可能である、ドーム形の導電性の電極とを備える、プ
ラズマリアクタに具体化されている。
【００２２】本発明は、更に別の局面に従えば、片側に
ドーム形のアンテナを有し、又処理すべき（ｔｏ ｂｅ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）被加工物を保持する、真空プロ
セスチャンバを用意する工程と、前記プロセスチャンバ
中に、陰電性の（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）ガ
スを含むプロセスガスを供給する工程と、ＲＦ電気信号
を前記アンテナに共振的に（ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）結
合する工程と、前記アンテナからの電磁エネルギーを、
前記プロセスガスから前記プロセスチャンバ内に形成さ
れたプラズマ中に、非共振的（ｎｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎ
ｔｌｙ）且つ誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合
する工程であって、それによって前記被加工物が前記プ
ラズマによって処理される工程とを含む、プラズマプロ
セスに具体化されている。
ドーム形のアンテナを有し、又処理すべき（ｔｏ ｂｅ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）被加工物を保持する、真空プロ
セスチャンバを用意する工程と、前記プロセスチャンバ
中に、陰電性の（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）ガ
スを含むプロセスガスを供給する工程と、ＲＦ電気信号
を前記アンテナに共振的に（ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）結
合する工程と、前記アンテナからの電磁エネルギーを、
前記プロセスガスから前記プロセスチャンバ内に形成さ
れたプラズマ中に、非共振的（ｎｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎ
ｔｌｙ）且つ誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合
する工程であって、それによって前記被加工物が前記プ
ラズマによって処理される工程とを含む、プラズマプロ
セスに具体化されている。
【００２３】
【実施例】図４に示すように、改良された誘導結合プラ
ズマＣＶＤリアクタの第一の実施例は、シランガスを、
ウエハ４０上により多くそして真空チャンバの内壁４
２、４３、４４の上にはより少なく集中する。これは、
ウエハに並行に又実質的に全ウエハ直径に渡って広がっ
ており、又真空チャンバの天井４４にある開口部に配設
されたシャワ−ヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）４８に
よって、ウエハ表面４６の上方に直接又それに近づけて
（約２インチ即ち５センチ以内に）、シランガスを放出
することによって行われる。この図示された実施例に於
いては、壁４２は誘電性材料であり、一方壁４３及び天
井４４は、導電性（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｖｅ）材料である。図２の装置におけるよう
に、チャンバ壁４３、４４は電気的に接地されている。
シャワ−ヘッド４８の上方からウエハ４６の下方まで延
びたコイル状に巻かれたＲＦアンテナ４９は、誘電性の
壁４２を通して、誘導結合によってチャンバ内でプラズ
マを発生する。
ズマＣＶＤリアクタの第一の実施例は、シランガスを、
ウエハ４０上により多くそして真空チャンバの内壁４
２、４３、４４の上にはより少なく集中する。これは、
ウエハに並行に又実質的に全ウエハ直径に渡って広がっ
ており、又真空チャンバの天井４４にある開口部に配設
されたシャワ−ヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）４８に
よって、ウエハ表面４６の上方に直接又それに近づけて
（約２インチ即ち５センチ以内に）、シランガスを放出
することによって行われる。この図示された実施例に於
いては、壁４２は誘電性材料であり、一方壁４３及び天
井４４は、導電性（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｖｅ）材料である。図２の装置におけるよう
に、チャンバ壁４３、４４は電気的に接地されている。
シャワ−ヘッド４８の上方からウエハ４６の下方まで延
びたコイル状に巻かれたＲＦアンテナ４９は、誘電性の
壁４２を通して、誘導結合によってチャンバ内でプラズ
マを発生する。
【００２４】シャワ−ヘッド４８は、ウエハ４０に並行
であり、又多くの細い垂直な噴霧貫通穴５１を有する平
坦な円形底壁５０から成っている。シャワ−ヘッド４８
は、チャンバの天井４４の頂部に載った円形肩部５４を
有する円筒形壁５２と一体的に形成されている。円形の
中間壁５６は、底壁５０の噴霧穴（ｓｐｒａｙ ｏｐｅ
ｎｉｎｇｓ）５１と横方向に食い違った（ｌａｔｅｒａ
ｌｌｙ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）細い垂直噴霧貫通穴
５８を有する。噴霧チャンバ６０は、円形の底壁と中間
壁と円筒形の側壁５２の間に形成されている。ノズルの
平坦な円形頂部壁６２は、中間壁５６と側壁５２と共に
マニホ−ルド６４を画成している。一対の外部ガス入口
６６、６８は、頂部壁６２を通してマニホ−ルド６４の
中に延びている混合マニホ−ルド７４につながってい
る。二酸化珪素ＣＶＤの為に、シランと酸素が別々の管
を通してチャンバ内に供給される。プラズマを底部ノズ
ル壁５０の表面から離して閉じ込める為に、一式の不連
続な磁石７２が、（よく知られているプラズマ閉じ込め
技術に従って）底部ノズル壁５０の全上表面に渡って配
置されている。それらの磁場線（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ
ｉｅｌｄ ｌｉｎｅｓ）は図４に示すようなフィ−ルド
ライン（ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）７２Ａに対応してい
る。
であり、又多くの細い垂直な噴霧貫通穴５１を有する平
坦な円形底壁５０から成っている。シャワ−ヘッド４８
は、チャンバの天井４４の頂部に載った円形肩部５４を
有する円筒形壁５２と一体的に形成されている。円形の
中間壁５６は、底壁５０の噴霧穴（ｓｐｒａｙ ｏｐｅ
ｎｉｎｇｓ）５１と横方向に食い違った（ｌａｔｅｒａ
ｌｌｙ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）細い垂直噴霧貫通穴
５８を有する。噴霧チャンバ６０は、円形の底壁と中間
壁と円筒形の側壁５２の間に形成されている。ノズルの
平坦な円形頂部壁６２は、中間壁５６と側壁５２と共に
マニホ−ルド６４を画成している。一対の外部ガス入口
６６、６８は、頂部壁６２を通してマニホ−ルド６４の
中に延びている混合マニホ−ルド７４につながってい
る。二酸化珪素ＣＶＤの為に、シランと酸素が別々の管
を通してチャンバ内に供給される。プラズマを底部ノズ
ル壁５０の表面から離して閉じ込める為に、一式の不連
続な磁石７２が、（よく知られているプラズマ閉じ込め
技術に従って）底部ノズル壁５０の全上表面に渡って配
置されている。それらの磁場線（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆ
ｉｅｌｄ ｌｉｎｅｓ）は図４に示すようなフィ−ルド
ライン（ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）７２Ａに対応してい
る。
【００２５】天井４４上のチャンバの上表面及びノズル
円筒形側壁５２の外表面には絶縁７３を施してもよい。
円筒形側壁５２の外表面には絶縁７３を施してもよい。
【００２６】ウエハ４０は、ノズルの底壁５０の約２イ
ンチ（５センチメ−タ）以内に、ＲＦ電極７４（上で引
用した譲受人共通の出願に開示された型の）によって支
えられている。この特徴により、入ってくるガスを確実
に選択的にウエハ４０の方に分配することが出来、その
ことによりＣＶＤリアクタとしての優れた性能を保証す
ることができる。
ンチ（５センチメ−タ）以内に、ＲＦ電極７４（上で引
用した譲受人共通の出願に開示された型の）によって支
えられている。この特徴により、入ってくるガスを確実
に選択的にウエハ４０の方に分配することが出来、その
ことによりＣＶＤリアクタとしての優れた性能を保証す
ることができる。
【００２７】図４のリアクタによって行われるＲＦスパ
ッタリングは、プラズマが周辺環状領域７６に集中して
しまうという傾向を持っており、ウエハ４０の中心には
プラズマが少なくなるという問題がある。このことによ
り、ウエハの中心部においてはＲＦスパッタエッチング
の速さが低くなる。したがって、図４のリアクタはＣＶ
Ｄを非常に有利に実行する一方、エッチングと堆積を同
程度の速さをもって同じＣＶＤスパッタエッチプロセス
を実行するには有用ではないし、又酸素化学（ｏｘｙｇ
ｅｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を使ってスパッタエッチン
グプロセスを実行する為にもあまり有用ではない。しか
しながら、この実施例はウエハ表面上のプラズマ（イオ
ン）密度の一様性にある程度の妥協が許されるような場
合には、誘導結合あるいは誘導的に励起されるＣＶＤ堆
積プロセスにとって有用である。
ッタリングは、プラズマが周辺環状領域７６に集中して
しまうという傾向を持っており、ウエハ４０の中心には
プラズマが少なくなるという問題がある。このことによ
り、ウエハの中心部においてはＲＦスパッタエッチング
の速さが低くなる。したがって、図４のリアクタはＣＶ
Ｄを非常に有利に実行する一方、エッチングと堆積を同
程度の速さをもって同じＣＶＤスパッタエッチプロセス
を実行するには有用ではないし、又酸素化学（ｏｘｙｇ
ｅｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を使ってスパッタエッチン
グプロセスを実行する為にもあまり有用ではない。しか
しながら、この実施例はウエハ表面上のプラズマ（イオ
ン）密度の一様性にある程度の妥協が許されるような場
合には、誘導結合あるいは誘導的に励起されるＣＶＤ堆
積プロセスにとって有用である。
【００２８】プラズマの周辺環状領域７６への集中の問
題を解決する為の一つの手法は、図５に図示されている
ように天井４４を約４インチ（１０センチメ−タ）ある
いはそれ以上高くすることである。これはプラズマ分布
の一様性を改善はするが、チャンバの容量及びウエハま
での拡散距離を増加させるので、小容量チャンバの利点
を殺してしまう。したがって、このアプロ−チによって
更に得られるものは何もないであろう。
題を解決する為の一つの手法は、図５に図示されている
ように天井４４を約４インチ（１０センチメ−タ）ある
いはそれ以上高くすることである。これはプラズマ分布
の一様性を改善はするが、チャンバの容量及びウエハま
での拡散距離を増加させるので、小容量チャンバの利点
を殺してしまう。したがって、このアプロ−チによって
更に得られるものは何もないであろう。
【００２９】高い（１−３０ミリト−ル）真空に於ける
酸素イオンの非一様な分布の一見手に負えない問題は、
図６の実施例によって解決される。その解決方法は、コ
イル及びチャンバ壁に隣接した全体のプラズマソ−ス領
域からウエハの全ての部分がより等距離になるような態
様で、ウエハの上方のコイルに巻かれたＲＦアンテナを
形成することである。結果として、イオン状及び原子状
の酸素の流れがウエハ全体に渡って更に一様となり、そ
の為角部１６（図１（ａ））の上のエッチング速さがウ
エハ全体に渡って一様になる。図６に示されるように、
このことは、ウエハ８２の上にあり且つウエハに関して
中心に置かれたド−ム形状にコイルアンテ８０を形成
し、同時に真空チャンバそれ自身の天井８４を同様なド
−ム形状に形成しそれがアンテナ８０を支えることが出
来るようにすることによって達成される。前と同様に、
アンテナ８０はコイル状に巻かれた導線である。
酸素イオンの非一様な分布の一見手に負えない問題は、
図６の実施例によって解決される。その解決方法は、コ
イル及びチャンバ壁に隣接した全体のプラズマソ−ス領
域からウエハの全ての部分がより等距離になるような態
様で、ウエハの上方のコイルに巻かれたＲＦアンテナを
形成することである。結果として、イオン状及び原子状
の酸素の流れがウエハ全体に渡って更に一様となり、そ
の為角部１６（図１（ａ））の上のエッチング速さがウ
エハ全体に渡って一様になる。図６に示されるように、
このことは、ウエハ８２の上にあり且つウエハに関して
中心に置かれたド−ム形状にコイルアンテ８０を形成
し、同時に真空チャンバそれ自身の天井８４を同様なド
−ム形状に形成しそれがアンテナ８０を支えることが出
来るようにすることによって達成される。前と同様に、
アンテナ８０はコイル状に巻かれた導線である。
【００３０】図６のコイル状に巻かれたアンテナ８０と
ド−ム形状の天井８４によって促進される利点は、イオ
ンが最高に集中している天井８４に隣接した領域が、ウ
エハ８２の表面部分上方に広がっており、そのためウエ
ハ中心への行程長さ（ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）を低減
し、それによってウエハ中心に於ける酸素イオン密度を
増加することである。対照的に、図２の装置に於いて
は、イオンが最高に集中している領域は一般的に垂直に
広がっており、それ故ウエハのどの部分の上にも存在し
ているというわけではなく、又ウエハの縁部にのみ最も
近くなっている。
ド−ム形状の天井８４によって促進される利点は、イオ
ンが最高に集中している天井８４に隣接した領域が、ウ
エハ８２の表面部分上方に広がっており、そのためウエ
ハ中心への行程長さ（ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）を低減
し、それによってウエハ中心に於ける酸素イオン密度を
増加することである。対照的に、図２の装置に於いて
は、イオンが最高に集中している領域は一般的に垂直に
広がっており、それ故ウエハのどの部分の上にも存在し
ているというわけではなく、又ウエハの縁部にのみ最も
近くなっている。
【００３１】誘導結合を助ける為に、ド−ム形状のコイ
ル巻きされたアンテナ８０はまっすぐな垂直円筒形部分
８０Ａを含む。ここでその円筒部分は、図２の単純（ｓ
ｉｍｐｌｅ）垂直ソレノイドアンテナコイル２２に対応
しており、誘導結合プラズマと関連した、図２の磁場線
２５のような閉じた磁場線を提供している。ド−ム形状
のコイル巻きされたアンテナ８０の湾曲した部分８０Ｂ
は、上で説明したような特徴に従って、最高イオン密度
の領域をウエハ中心に近い所に持って行く。湾曲した部
分８０Ｂは、好ましくは円筒形部分８０Ａの直径の２０
％より大きい軸方向長さを有する。例えば、好ましい実
施例に於いては、コイル状に巻かれたアンテナ８０の全
体的縦方向長さは約９センチメ−タであり、それはコイ
ル直径あるいは円筒形部分８０Ａの直径の２０％より大
きい。
ル巻きされたアンテナ８０はまっすぐな垂直円筒形部分
８０Ａを含む。ここでその円筒部分は、図２の単純（ｓ
ｉｍｐｌｅ）垂直ソレノイドアンテナコイル２２に対応
しており、誘導結合プラズマと関連した、図２の磁場線
２５のような閉じた磁場線を提供している。ド−ム形状
のコイル巻きされたアンテナ８０の湾曲した部分８０Ｂ
は、上で説明したような特徴に従って、最高イオン密度
の領域をウエハ中心に近い所に持って行く。湾曲した部
分８０Ｂは、好ましくは円筒形部分８０Ａの直径の２０
％より大きい軸方向長さを有する。例えば、好ましい実
施例に於いては、コイル状に巻かれたアンテナ８０の全
体的縦方向長さは約９センチメ−タであり、それはコイ
ル直径あるいは円筒形部分８０Ａの直径の２０％より大
きい。
【００３２】アンテナ８０を水平面に投影すると、中心
に空所を有する渦巻になっている。その中心部の空所
は、好ましくは、約１４インチ（３５ｃｍ）よりも僅か
に小さい直径を有するチャンバの中の８インチのウエハ
に対しては、２から８インチ（５０から２００ｍｍ）の
直径ｄを有する。即ち、その空所は好ましくはウエハ直
径の２５％から１００％である。この空所は、磁場が漏
斗状に狭まりそこを通り抜けるのを可能にし、容量結合
を抑制するのに好ましいものであり、又ＲＦエネルギ−
のプラズマへの誘導結合を促進し、それにより低い電子
エネルギ−及び誘導結合プラズマの高いプラズマイオン
密度特性を維持する。
に空所を有する渦巻になっている。その中心部の空所
は、好ましくは、約１４インチ（３５ｃｍ）よりも僅か
に小さい直径を有するチャンバの中の８インチのウエハ
に対しては、２から８インチ（５０から２００ｍｍ）の
直径ｄを有する。即ち、その空所は好ましくはウエハ直
径の２５％から１００％である。この空所は、磁場が漏
斗状に狭まりそこを通り抜けるのを可能にし、容量結合
を抑制するのに好ましいものであり、又ＲＦエネルギ−
のプラズマへの誘導結合を促進し、それにより低い電子
エネルギ−及び誘導結合プラズマの高いプラズマイオン
密度特性を維持する。
【００３３】コイル状に巻かれたアンテナ８０の二つの
部分８０Ａ、８０Ｂの各々における巻線数は、コイル巻
線の間隔、ド−ム天井８４の形状（その垂直部分の高さ
Ｈｖを含む）及び空所の直径ｄによって定まる。好まし
いコイル間隔は、１／４インチと３／８インチ（０．６
３ｃｍと０．９４ｃｍ）の間の値である。又は、コイル
間隔は、導線幅のオ−ダ又はそれより小さくてもよい。
空所の直径ｄは、前節で定めたように、ウエハ直径の２
５％と１００％との間にある。現在使用されているド−
ム形天井８４の滑らかな凸形状は、ゼネラルエレクトリ
ック（ＧＥ）社の溶かされた石英るつぼ（ｃｒｕｃｉｂ
ｌｅ）５１０型、ゼネラルエレクトリック部品番号１４
１１１Ｆ、のド−ム形の床（ｄｏｍｅ−ｓｈａｐｅｄ
ｆｌｏｏｒ）の使用によって定まる。ここで石英天井層
８４Ａの主ド−ム半径Ｒ1 は１５インチ（３７．５ｃ
ｍ）、コ−ナ−半径Ｒ2 は３５インチ（８．７５ｃ
ｍ）、外側直径は１４インチ（３５ｃｍ）である。ＧＥ
るつぼの長い垂直円筒形部分の殆どは除去され、約１／
４インチ（０．６３ｃｍ）の短くされた垂直高さＨｖを
残す。ウエハの表面とド−ム状の天井８４の底（外側縁
部）との間の距離は約１．５インチ（３．７５ｃｍ）で
あり、一方ウエハの表面とド−ム形天井の頂部（頂点）
との間の距離は４．９インチ（１２．２５ｃｍ）であ
る。好ましくは、ウエハ高さはアンテナ８０の一番下の
コイルよりも下に置く。
部分８０Ａ、８０Ｂの各々における巻線数は、コイル巻
線の間隔、ド−ム天井８４の形状（その垂直部分の高さ
Ｈｖを含む）及び空所の直径ｄによって定まる。好まし
いコイル間隔は、１／４インチと３／８インチ（０．６
３ｃｍと０．９４ｃｍ）の間の値である。又は、コイル
間隔は、導線幅のオ−ダ又はそれより小さくてもよい。
空所の直径ｄは、前節で定めたように、ウエハ直径の２
５％と１００％との間にある。現在使用されているド−
ム形天井８４の滑らかな凸形状は、ゼネラルエレクトリ
ック（ＧＥ）社の溶かされた石英るつぼ（ｃｒｕｃｉｂ
ｌｅ）５１０型、ゼネラルエレクトリック部品番号１４
１１１Ｆ、のド−ム形の床（ｄｏｍｅ−ｓｈａｐｅｄ
ｆｌｏｏｒ）の使用によって定まる。ここで石英天井層
８４Ａの主ド−ム半径Ｒ1 は１５インチ（３７．５ｃ
ｍ）、コ−ナ−半径Ｒ2 は３５インチ（８．７５ｃ
ｍ）、外側直径は１４インチ（３５ｃｍ）である。ＧＥ
るつぼの長い垂直円筒形部分の殆どは除去され、約１／
４インチ（０．６３ｃｍ）の短くされた垂直高さＨｖを
残す。ウエハの表面とド−ム状の天井８４の底（外側縁
部）との間の距離は約１．５インチ（３．７５ｃｍ）で
あり、一方ウエハの表面とド−ム形天井の頂部（頂点）
との間の距離は４．９インチ（１２．２５ｃｍ）であ
る。好ましくは、ウエハ高さはアンテナ８０の一番下の
コイルよりも下に置く。
【００３４】熟練者はウエハのサイズとド−ムの高さが
与えられれば、ウエハ表面全体に渡ってＲＦエネルギ−
の最高の一様性を得るのに望ましいように、コイル状に
巻かれたアンテナ８０のド−ム形状あるいは球面形状を
調整することができ、そのようにして本発明は異なるド
−ム形状をもって実行することが出来る。一般に、ド−
ム形状は回転シェル形状を持っており、その形状は外部
の大気圧によって引き起こされる機械的な応力に耐える
ド−ムの能力を最大にする。この形状は、真空と大気と
の間に最大の機械的強度を提供する。以上説明した形状
は、半径が異なる複数の区画を有する形状を持った特別
な場合であり、ここでその複数の区画は滑らかに接合し
ている、即ち区画間の接合部及び円筒部分との接合部に
おいて当初導関数（ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ
ｓ）が等しい。実際に、その曲率はド−ムの頂部から円
筒部にまで連続的に増加してもよい。その他の滑らかに
変化する形状を使うことができるが、円錐形状は不利で
ある。何故ならば機械強度が小さいし、円筒部分との角
張った接合部において電磁場が歪むからである。
与えられれば、ウエハ表面全体に渡ってＲＦエネルギ−
の最高の一様性を得るのに望ましいように、コイル状に
巻かれたアンテナ８０のド−ム形状あるいは球面形状を
調整することができ、そのようにして本発明は異なるド
−ム形状をもって実行することが出来る。一般に、ド−
ム形状は回転シェル形状を持っており、その形状は外部
の大気圧によって引き起こされる機械的な応力に耐える
ド−ムの能力を最大にする。この形状は、真空と大気と
の間に最大の機械的強度を提供する。以上説明した形状
は、半径が異なる複数の区画を有する形状を持った特別
な場合であり、ここでその複数の区画は滑らかに接合し
ている、即ち区画間の接合部及び円筒部分との接合部に
おいて当初導関数（ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ
ｓ）が等しい。実際に、その曲率はド−ムの頂部から円
筒部にまで連続的に増加してもよい。その他の滑らかに
変化する形状を使うことができるが、円錐形状は不利で
ある。何故ならば機械強度が小さいし、円筒部分との角
張った接合部において電磁場が歪むからである。
【００３５】ド−ムの高さはウエハの直径の半分よりも
大きく又その二倍よりも大きくないのが好ましく、又ウ
エハ直径にほぼ等しいのが好ましい。熟練者はウエハ表
面全体に渡ってＲＦエネルギ−の一様性を得る為に、ド
−ム状の高さ或いは位置の関数として、コイル状に巻か
れたアンテナ８０の隣合った導線間の最適な間隔（上で
開示したものとは異なる）を容易に定めることができ
る。上で引用した特許出願に開示されているように、ア
ンテナ８０の導線長さは、プラズマを発生する為に使用
されるＲＦ信号の波長の１／４である。ここで好ましい
実施例に於いては、アンテナ導線の長さは約７から１１
フィ−ト（２．１ｍから３．４ｍ）である。１９９２年
１１月１２日にコリンズ（Ｃｏｌｌｉｎｓ）他によって
出願され本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０
７／９７５，３５５号に開示された型のＲＦ発生及び同
調回路がアンテナ８０に接続され、所望のＲＦ周波数に
従ってアンテナのインピ−ダンスを調整する為に使用す
ることができる。
大きく又その二倍よりも大きくないのが好ましく、又ウ
エハ直径にほぼ等しいのが好ましい。熟練者はウエハ表
面全体に渡ってＲＦエネルギ−の一様性を得る為に、ド
−ム状の高さ或いは位置の関数として、コイル状に巻か
れたアンテナ８０の隣合った導線間の最適な間隔（上で
開示したものとは異なる）を容易に定めることができ
る。上で引用した特許出願に開示されているように、ア
ンテナ８０の導線長さは、プラズマを発生する為に使用
されるＲＦ信号の波長の１／４である。ここで好ましい
実施例に於いては、アンテナ導線の長さは約７から１１
フィ−ト（２．１ｍから３．４ｍ）である。１９９２年
１１月１２日にコリンズ（Ｃｏｌｌｉｎｓ）他によって
出願され本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０
７／９７５，３５５号に開示された型のＲＦ発生及び同
調回路がアンテナ８０に接続され、所望のＲＦ周波数に
従ってアンテナのインピ−ダンスを調整する為に使用す
ることができる。
【００３６】図６の実施例の詳細構造は殆ど、上で引用
した特許出願の開示に対応している。この好ましい実施
例に於いては、内部層８４Ａは上で説明したＧＥ石英る
つぼであり、それはチャンバ内側の高いプラズマ温度に
耐えることができる。外部の冷却層８４Ｂ（コイルアン
テナ８０を含む）は、アルミナのような誘電性の温度伝
導性のある材料から成っている。勿論他の材料特に誘電
材料で置き換えてもよい。
した特許出願の開示に対応している。この好ましい実施
例に於いては、内部層８４Ａは上で説明したＧＥ石英る
つぼであり、それはチャンバ内側の高いプラズマ温度に
耐えることができる。外部の冷却層８４Ｂ（コイルアン
テナ８０を含む）は、アルミナのような誘電性の温度伝
導性のある材料から成っている。勿論他の材料特に誘電
材料で置き換えてもよい。
【００３７】容量結合を抑制する為に、図７に示される
ような「イ−スタ−の卵」形状を有する接地されたファ
ラデ−（Ｆａｒａｄａｙ）シ−ルド８５を、広く知られ
た技術に従って、アンテナ８０とプラズマとの間にある
ド−ム層８４Ａ、８４Ｂの間に置いてもよい。そのファ
ラデ−シ−ルドはこのようにして、天井８４とアンテナ
８０のド−ム形状に適合するようになっており、直径ｄ
の空所を含んでいる。シ−ルド８５内のア−チ形を成す
細片である各導電性の膜の幅Ｗは約１ｃｍであり、それ
らの間の間隔Ｓは約０．１ｃｍである。図に示されるよ
うに、その細片は底部において一つのリングによって接
合されているがその頂部に於いては浮動している。ウエ
ハ８２を支えているＲＦバイアス電極７４はＲＦ電源９
０に接続されており、一方円錐形でらせん形のアンテナ
８０の一端はＲＦ電源９２に接続されている。チャンバ
の側壁１０２はア−ス（ｇｒｏｕｎｄ）に接続されてい
る。テストされた実施例においては、ＲＦ電源９０及び
９２は１．８ＭＨｚ及び２．０ＭＨｚの周波数を有して
いたが、１３．５６ＭＨｚの産業標準周波数（ｉｎｄｕ
ｓｔｒｙ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を
使用することが期待される。ｋＨｚからＭＨｚの範囲の
他の周波数も又使用することができる。しかしながら、
２０ＭＨｚより高い周波数は欠陥をもたらすことが観察
されているし、４００ｋＨｚより低い周波数ではプラズ
マが衝突しにくくなる。ＲＦ電源９２からアンテナ８０
に印加されるＲＦパワ−は、１０００から３０００ワッ
トの範囲にあるのが好ましく、一方ＲＦ電源９０からバ
イアス電極に印加されるＲＦパワ−は５００から２００
０ワットの範囲にある。冷却ジャケット９４を通して冷
却剤が供給される。
ような「イ−スタ−の卵」形状を有する接地されたファ
ラデ−（Ｆａｒａｄａｙ）シ−ルド８５を、広く知られ
た技術に従って、アンテナ８０とプラズマとの間にある
ド−ム層８４Ａ、８４Ｂの間に置いてもよい。そのファ
ラデ−シ−ルドはこのようにして、天井８４とアンテナ
８０のド−ム形状に適合するようになっており、直径ｄ
の空所を含んでいる。シ−ルド８５内のア−チ形を成す
細片である各導電性の膜の幅Ｗは約１ｃｍであり、それ
らの間の間隔Ｓは約０．１ｃｍである。図に示されるよ
うに、その細片は底部において一つのリングによって接
合されているがその頂部に於いては浮動している。ウエ
ハ８２を支えているＲＦバイアス電極７４はＲＦ電源９
０に接続されており、一方円錐形でらせん形のアンテナ
８０の一端はＲＦ電源９２に接続されている。チャンバ
の側壁１０２はア−ス（ｇｒｏｕｎｄ）に接続されてい
る。テストされた実施例においては、ＲＦ電源９０及び
９２は１．８ＭＨｚ及び２．０ＭＨｚの周波数を有して
いたが、１３．５６ＭＨｚの産業標準周波数（ｉｎｄｕ
ｓｔｒｙ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を
使用することが期待される。ｋＨｚからＭＨｚの範囲の
他の周波数も又使用することができる。しかしながら、
２０ＭＨｚより高い周波数は欠陥をもたらすことが観察
されているし、４００ｋＨｚより低い周波数ではプラズ
マが衝突しにくくなる。ＲＦ電源９２からアンテナ８０
に印加されるＲＦパワ−は、１０００から３０００ワッ
トの範囲にあるのが好ましく、一方ＲＦ電源９０からバ
イアス電極に印加されるＲＦパワ−は５００から２００
０ワットの範囲にある。冷却ジャケット９４を通して冷
却剤が供給される。
【００３８】ガス（シラン（ｓｉｌａｎｅ））をウエハ
８０の上により多くそしてチャンバ壁の上により少なく
集中させるという問題は、図６の実施例にあるように、
真空チャンバの側壁１０２中のガスマニホ−ルド１００
に接続された入口チュ−ブ９８からガス（例えばシラ
ン）を供給されるガスリングマニホ−ルド（ｇａｓ ｒ
ｉｎｇ ｍａｎｉｆｏｌｄ）９６によって解決される。
そのリングはウエハ８０の周辺を囲んでいるが、ウエハ
８０の上に位置して（ｏｖｅｒｌｉｅ）はいない。リン
グマニホ−ルド９６の利点は、チャンバの内部に向かっ
て開口している無数のスプレ−穴１０４があることであ
り、その開口はウエハ８０の上方のプラズマを妨げるこ
となくウエハ８０の非常に近くにシランガスを放出す
る。
８０の上により多くそしてチャンバ壁の上により少なく
集中させるという問題は、図６の実施例にあるように、
真空チャンバの側壁１０２中のガスマニホ−ルド１００
に接続された入口チュ−ブ９８からガス（例えばシラ
ン）を供給されるガスリングマニホ−ルド（ｇａｓ ｒ
ｉｎｇ ｍａｎｉｆｏｌｄ）９６によって解決される。
そのリングはウエハ８０の周辺を囲んでいるが、ウエハ
８０の上に位置して（ｏｖｅｒｌｉｅ）はいない。リン
グマニホ−ルド９６の利点は、チャンバの内部に向かっ
て開口している無数のスプレ−穴１０４があることであ
り、その開口はウエハ８０の上方のプラズマを妨げるこ
となくウエハ８０の非常に近くにシランガスを放出す
る。
【００３９】しかしながらこのリングマニホ−ルド９６
はプラズマ上に、少なくともウエハ周辺近傍において、
ある有害な効果を有しており、又加熱されやすい。リン
グマニホ−ルド９６の加熱は、その中を流れるシランガ
スの崩壊から生じるその内部に生じる非晶質シリコン残
留物の形成による破損を起こしやすくする。マニホ−ル
ド９６は、高いＲＦパワ−レベルに於いて５００℃もの
高温に達し得る。
はプラズマ上に、少なくともウエハ周辺近傍において、
ある有害な効果を有しており、又加熱されやすい。リン
グマニホ−ルド９６の加熱は、その中を流れるシランガ
スの崩壊から生じるその内部に生じる非晶質シリコン残
留物の形成による破損を起こしやすくする。マニホ−ル
ド９６は、高いＲＦパワ−レベルに於いて５００℃もの
高温に達し得る。
【００４０】この加熱の問題は図８の好ましい実施例に
於いて解決されており、その実施例は少なくとも４個の
（及び８或いは１２或いはもっと多くの）円周方向に周
期的に間隔を置いて設けられた半径方向内側に向けられ
たガス供給ノズル１０６を使用しており、その各々は円
筒形チャンバ側壁１０２を貫通してその中のガスマニホ
−ルド１００に接続されている。その利点は、チャンバ
壁１０２がノズル１０６に対してヒ−トシンク（ｈｅａ
ｔ ｓｉｎｋ）となっていることであり、その外表面は
冷たい外部環境に面しており、ノズル１０６を十分低い
温度に保持し、その温度でシランが崩壊し非晶質シリコ
ンを形成するようになっている。図８の実施例のもう一
つの利点は、そのノズルがプラズマに対し、図６のリン
グマニホ−ルド９６よりもずっと小さな断面を提供し、
それ故プラズマ密度の損失が少ししか起らないというこ
とである。上で引用した特許出願に開示された型のガス
分配装置は、真空チャンバに酸素、アルゴン或いは他の
ガスを導入するのに十分であるのに対し、上記ノズル１
０６はシランを導入する。
於いて解決されており、その実施例は少なくとも４個の
（及び８或いは１２或いはもっと多くの）円周方向に周
期的に間隔を置いて設けられた半径方向内側に向けられ
たガス供給ノズル１０６を使用しており、その各々は円
筒形チャンバ側壁１０２を貫通してその中のガスマニホ
−ルド１００に接続されている。その利点は、チャンバ
壁１０２がノズル１０６に対してヒ−トシンク（ｈｅａ
ｔ ｓｉｎｋ）となっていることであり、その外表面は
冷たい外部環境に面しており、ノズル１０６を十分低い
温度に保持し、その温度でシランが崩壊し非晶質シリコ
ンを形成するようになっている。図８の実施例のもう一
つの利点は、そのノズルがプラズマに対し、図６のリン
グマニホ−ルド９６よりもずっと小さな断面を提供し、
それ故プラズマ密度の損失が少ししか起らないというこ
とである。上で引用した特許出願に開示された型のガス
分配装置は、真空チャンバに酸素、アルゴン或いは他の
ガスを導入するのに十分であるのに対し、上記ノズル１
０６はシランを導入する。
【００４１】プラズマとウエハとの間のインピ−ダンス
を最小限にする為に、図８のノズル１０６は、図６のリ
ングマニホ−ルド９６と同様に、ウエハ８０に近くしか
しその上には行かないにように延びている。
を最小限にする為に、図８のノズル１０６は、図６のリ
ングマニホ−ルド９６と同様に、ウエハ８０に近くしか
しその上には行かないにように延びている。
【００４２】更にウエハ８０に向けたシランガスの好ま
しい分配は、ノズル１０６の出口ポ−トを通して超音速
ガス流れを維持することによって達成される。これは、
非常に小さい（好ましくは１０ミル（ｍｉｌｓ）オ−ダ
−の）ノズルオリフィスを使用することによって、又与
えられたガス流れと与えられたノズル数に対して、ノズ
ル１０６の内側と外側との間の差圧を大きく維持するこ
とによって達成される。図示のように、そのノズル先端
部は半径方向内方に急なテ−パ−を付けられた内側部分
と半径方向外方に緩いテ−パ−を付けられた外側部分と
を有する。オリフィスの内側のサファイアのスリ−ブに
より、詰まり（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）を防止している。
しい分配は、ノズル１０６の出口ポ−トを通して超音速
ガス流れを維持することによって達成される。これは、
非常に小さい（好ましくは１０ミル（ｍｉｌｓ）オ−ダ
−の）ノズルオリフィスを使用することによって、又与
えられたガス流れと与えられたノズル数に対して、ノズ
ル１０６の内側と外側との間の差圧を大きく維持するこ
とによって達成される。図示のように、そのノズル先端
部は半径方向内方に急なテ−パ−を付けられた内側部分
と半径方向外方に緩いテ−パ−を付けられた外側部分と
を有する。オリフィスの内側のサファイアのスリ−ブに
より、詰まり（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）を防止している。
【００４３】そのような差圧は、ノズルオリフィスに関
して、チャンバ内に維持されている真空によって認識さ
れる。典型的には、全ノズルを通した全流量は、３０か
ら１２０ｓｃｃｓ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃ
ｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）の範囲
内にある。このような超音速ガス流れは、（図９に示さ
れるように）ウエハ外周から内向きの、好ましくは数
（ａ ｆｅｗ）センチメ−タだけ内側にあるマッハ（Ｍ
ａｃｈ）ディスク１１０によって特徴づけられている。
マッハディスク１１０は想像上の（ｉｍａｇｉｎａｒ
ｙ）境界であり、シランはその後に戻ってノズル１０６
に直接向かうように拡散はしない。その結果は、シラン
ガスの拡散の有効中心１１２が、ノズルの先端部よりも
むしろウエハの周辺から内側に数（ｓｅｖｅｒａｌ）セ
ンチメ−タ（一実施例では約３ｃｍ）のところにあるこ
とであり、これは重要な利点である。チャンバ内の真空
圧が約３０ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）より低い
ならば、拡散中心１１２からのシランの分布はウエハ表
面に渡って一様である。
して、チャンバ内に維持されている真空によって認識さ
れる。典型的には、全ノズルを通した全流量は、３０か
ら１２０ｓｃｃｓ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃ
ｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）の範囲
内にある。このような超音速ガス流れは、（図９に示さ
れるように）ウエハ外周から内向きの、好ましくは数
（ａ ｆｅｗ）センチメ−タだけ内側にあるマッハ（Ｍ
ａｃｈ）ディスク１１０によって特徴づけられている。
マッハディスク１１０は想像上の（ｉｍａｇｉｎａｒ
ｙ）境界であり、シランはその後に戻ってノズル１０６
に直接向かうように拡散はしない。その結果は、シラン
ガスの拡散の有効中心１１２が、ノズルの先端部よりも
むしろウエハの周辺から内側に数（ｓｅｖｅｒａｌ）セ
ンチメ−タ（一実施例では約３ｃｍ）のところにあるこ
とであり、これは重要な利点である。チャンバ内の真空
圧が約３０ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）より低い
ならば、拡散中心１１２からのシランの分布はウエハ表
面に渡って一様である。
【００４４】超音速ガス流れは又、ガスマニホ−ルド９
６の内側と真空チャンバの内側との間に十分な差圧を維
持するという同じ工程によって、図６のリングマニホ−
ルド９６内でも達成することができる。そのような超音
速ガス流れによれば、リングマニホ−ルド９６は熱誘導
型プラズマに近くならないようにリングマニホ−ルド９
６を拡大してもよい。
６の内側と真空チャンバの内側との間に十分な差圧を維
持するという同じ工程によって、図６のリングマニホ−
ルド９６内でも達成することができる。そのような超音
速ガス流れによれば、リングマニホ−ルド９６は熱誘導
型プラズマに近くならないようにリングマニホ−ルド９
６を拡大してもよい。
【００４５】好ましいノズル１０６の側断面図が図９に
示されている。ノズル先端部の形状は、そのノズル自身
への堆積を最小限にする為に重要である。８インチウエ
ハ表面に渡って堆積及びスパッタエッチング速さの３％
均一性を達成する為に、好ましくは８個より多い周期的
に配置されたノズル１０６が図８の実施例に於いて使用
されている。
示されている。ノズル先端部の形状は、そのノズル自身
への堆積を最小限にする為に重要である。８インチウエ
ハ表面に渡って堆積及びスパッタエッチング速さの３％
均一性を達成する為に、好ましくは８個より多い周期的
に配置されたノズル１０６が図８の実施例に於いて使用
されている。
【００４６】どのようなＣＶＤ薄膜堆積に於いても、図
６及び図８の実施例のプラズマリアクタが役に立つ。上
に述べたようなノズルガス分配は、シランのような反応
性の高い化学先駆種（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｅｃｕｒ
ｓｏｒ ｓｐｅｃｉｅｓ）を使って行う膜のどのような
堆積に対しても特に有用である。このリアクタは、二酸
化珪素以外の、例えばダイヤモンドのような、膜に対し
て使用することができる。更に高誘電定数（ｈｉｇｈ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する材
料の堆積が、この実施例によって同様に実行することが
できる。
６及び図８の実施例のプラズマリアクタが役に立つ。上
に述べたようなノズルガス分配は、シランのような反応
性の高い化学先駆種（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｅｃｕｒ
ｓｏｒ ｓｐｅｃｉｅｓ）を使って行う膜のどのような
堆積に対しても特に有用である。このリアクタは、二酸
化珪素以外の、例えばダイヤモンドのような、膜に対し
て使用することができる。更に高誘電定数（ｈｉｇｈ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する材
料の堆積が、この実施例によって同様に実行することが
できる。
【００４７】図１０は、シランノズルがどのようにし
て、前に図４と関係づけて説明したような円筒形アンテ
ナ設計と組合せることができるかを示している。図２、
図４及び図５の実施例にあるように、図１０の実施例に
あるチャンバ壁は、金属製の天井４４も含めて、電気的
に接地されている。本発明のノズルは、ＲＦ及びＤＣ容
量結合リアクタを含む如何なるプラズマリアクタに於い
ても有利に使用することができる。
て、前に図４と関係づけて説明したような円筒形アンテ
ナ設計と組合せることができるかを示している。図２、
図４及び図５の実施例にあるように、図１０の実施例に
あるチャンバ壁は、金属製の天井４４も含めて、電気的
に接地されている。本発明のノズルは、ＲＦ及びＤＣ容
量結合リアクタを含む如何なるプラズマリアクタに於い
ても有利に使用することができる。
【００４８】図１０の実施例は、図１０の平坦な導電性
天井４４を図１１に示されるようなド−ム形状の導電性
天井１１６と置き換えることによって改善することがで
きる。図１１のド−ム形状の導電性天井１１６の形状は
一般的に、図６及び図８の好ましい実施例のド−ム形状
の誘電性の天井に対応しており、ウエハ中心上のイオン
濃度を更に一様に分布させる際に同様な利益を提供す
る。特に、ド−ム形状の導電性天井１１６は、プラズマ
に対して電気的接地基準面（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｇ
ｒｏｕｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌａｎｅ）を提供
し、それはスパッタエッチング速さを高める。ド−ム形
の天井１１６によって提供される接地面は、ウエハ縁部
に於けるよりもウエハ中心部に於いてウエハ表面からよ
り離れており、イオン拡散が非均一性をならすようによ
り多くの容積を提供することによってウエハ中心近傍の
イオン密度を高めており、それによりウエハ表面上のイ
オン密度の均一性を増している。好ましくは、図１１の
ド−ム形導電性天井１１６は１０．４２インチ（２６．
０５ｃｍ）の主半径Ｒ1 を有し、１２．２５インチ（３
０．６ｃｍ）の水平方向直径Ｄを有する。ド−ム型天井
１１６は、垂直真空チャンバ壁１１４の上に載っている
肩部１１６Ａによって支えられており、このことにより
ド−ム形天井１１６の頂部は、図６の実施例と同様に、
ウエハの上方約５インチ（１２．５ｃｍ）まで立ち上が
っている。図１０の実施例に於けるように、ド−ム形導
電性天井１１６は電気的に接地されている。図１１の実
施例の一つの利点は、図６及び図８の実施例で得られた
均一性と同様な均一性をウエハ表面に渡って有するスパ
ッタエッチングプロセスが、図４及び図５の実施例で使
用されている円筒形ＲＦアンテナコイル形態を用いるこ
とによって得ることができることである。
天井４４を図１１に示されるようなド−ム形状の導電性
天井１１６と置き換えることによって改善することがで
きる。図１１のド−ム形状の導電性天井１１６の形状は
一般的に、図６及び図８の好ましい実施例のド−ム形状
の誘電性の天井に対応しており、ウエハ中心上のイオン
濃度を更に一様に分布させる際に同様な利益を提供す
る。特に、ド−ム形状の導電性天井１１６は、プラズマ
に対して電気的接地基準面（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｇ
ｒｏｕｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌａｎｅ）を提供
し、それはスパッタエッチング速さを高める。ド−ム形
の天井１１６によって提供される接地面は、ウエハ縁部
に於けるよりもウエハ中心部に於いてウエハ表面からよ
り離れており、イオン拡散が非均一性をならすようによ
り多くの容積を提供することによってウエハ中心近傍の
イオン密度を高めており、それによりウエハ表面上のイ
オン密度の均一性を増している。好ましくは、図１１の
ド−ム形導電性天井１１６は１０．４２インチ（２６．
０５ｃｍ）の主半径Ｒ1 を有し、１２．２５インチ（３
０．６ｃｍ）の水平方向直径Ｄを有する。ド−ム型天井
１１６は、垂直真空チャンバ壁１１４の上に載っている
肩部１１６Ａによって支えられており、このことにより
ド−ム形天井１１６の頂部は、図６の実施例と同様に、
ウエハの上方約５インチ（１２．５ｃｍ）まで立ち上が
っている。図１０の実施例に於けるように、ド−ム形導
電性天井１１６は電気的に接地されている。図１１の実
施例の一つの利点は、図６及び図８の実施例で得られた
均一性と同様な均一性をウエハ表面に渡って有するスパ
ッタエッチングプロセスが、図４及び図５の実施例で使
用されている円筒形ＲＦアンテナコイル形態を用いるこ
とによって得ることができることである。
【００４９】図１１の実施例の付加的利益は、導電性の
天井１１６がＲＦ電源１１８に接続でき、またスイッチ
１２０によってア−スから切り離すことができ、従来か
らあるフッ素エッチング清掃プロセスを使って真空チャ
ンバの清掃を容易に行うことができるようになることで
ある。イン・シチュー・チャンバ清掃（ｉｎ−ｓｉｔｕ
ｃｈａｍｂｅｒ ｃｌｅａｎ）の間、バイアスＲＦ場
により導電性の天井１１６に動力を供給することによ
り、チャンバ壁及び天井１１６から汚染物質を除去する
際の清掃プロセスの清掃速さ及び効率が高まる。
天井１１６がＲＦ電源１１８に接続でき、またスイッチ
１２０によってア−スから切り離すことができ、従来か
らあるフッ素エッチング清掃プロセスを使って真空チャ
ンバの清掃を容易に行うことができるようになることで
ある。イン・シチュー・チャンバ清掃（ｉｎ−ｓｉｔｕ
ｃｈａｍｂｅｒ ｃｌｅａｎ）の間、バイアスＲＦ場
により導電性の天井１１６に動力を供給することによ
り、チャンバ壁及び天井１１６から汚染物質を除去する
際の清掃プロセスの清掃速さ及び効率が高まる。
【００５０】図６及び図１１の実施例の特徴は、図１２
に図示されているように有利に組合せることができる。
頂部の中央ド−ム形電極１２２がスパイラルアンテナ８
０の中央の空所の中に置かれている。それはスパイラル
アンテナ８０から電気的に絶縁されており、天井８４の
誘電層８４Ａ、８４Ｂの間に保持されている。その頂部
電極１２２は、それをＲＦ電源に接続すると、チャンバ
の清掃の為に有利に使うことができる。清掃電極として
の操作の為には、それは台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）の直
径よりも小さい直径とすべきである。通常のＣＶＤ操作
の間、頂部電極１２２は浮動状態にして置くことがで
き、接地することができ、或いはそうでなければ電気的
にコントロ−ルすることができる。
に図示されているように有利に組合せることができる。
頂部の中央ド−ム形電極１２２がスパイラルアンテナ８
０の中央の空所の中に置かれている。それはスパイラル
アンテナ８０から電気的に絶縁されており、天井８４の
誘電層８４Ａ、８４Ｂの間に保持されている。その頂部
電極１２２は、それをＲＦ電源に接続すると、チャンバ
の清掃の為に有利に使うことができる。清掃電極として
の操作の為には、それは台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）の直
径よりも小さい直径とすべきである。通常のＣＶＤ操作
の間、頂部電極１２２は浮動状態にして置くことがで
き、接地することができ、或いはそうでなければ電気的
にコントロ−ルすることができる。
【００５１】本発明の好ましい実施例は、酸素イオンの
ような陰電性（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）のイ
オンを使ったスパッタエッチングに関して以上説明した
が、フッ素のような他の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を使って
もよい。塩素がスパッタエッチングの為に使われる時に
は、チャンバ壁用として、塩素イオンからの損傷を避け
る為に、アルミニウム以外の材料を代わりに使うことが
できる。
ような陰電性（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）のイ
オンを使ったスパッタエッチングに関して以上説明した
が、フッ素のような他の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を使って
もよい。塩素がスパッタエッチングの為に使われる時に
は、チャンバ壁用として、塩素イオンからの損傷を避け
る為に、アルミニウム以外の材料を代わりに使うことが
できる。
【００５２】本発明は誘導結合ＲＦプラズマを使ったＣ
ＶＤプロセス及び酸素スパッタリングに対して特に有用
であるが、それに限らない。このド−ム形コイルは、エ
ッチングプロセスに応用することができ、又例えばハロ
ゲンを含んだフロロカ−ボン（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏ
ｎｓ）のような他のプロセスガスを使ったプロセスに応
用することができる。本発明のノズルは、ＣＶＤであろ
うがエッチングであろうが或いは物理蒸着であろうが如
何なる型のプラズマプロセスチャンバにも応用すること
ができる。
ＶＤプロセス及び酸素スパッタリングに対して特に有用
であるが、それに限らない。このド−ム形コイルは、エ
ッチングプロセスに応用することができ、又例えばハロ
ゲンを含んだフロロカ−ボン（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏ
ｎｓ）のような他のプロセスガスを使ったプロセスに応
用することができる。本発明のノズルは、ＣＶＤであろ
うがエッチングであろうが或いは物理蒸着であろうが如
何なる型のプラズマプロセスチャンバにも応用すること
ができる。
【００５３】ここまで本発明は、特に好ましい実施例に
関して詳細に説明したが、その変形や変更が、本発明の
真の精神及び範囲から離れることなく作ることができる
ことを理解すべきである。
関して詳細に説明したが、その変形や変更が、本発明の
真の精神及び範囲から離れることなく作ることができる
ことを理解すべきである。
【００５４】
【発明の効果】本発明は、ウエハを処理する為の真空チ
ャンバと、そのチャンバ中に反応性ガスを導入する為の
１以上のガス源と、そのチャンバ内で誘導結合によりプ
ラズマを発生する為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−
を放射する能力があり、且つ二次元的に湾曲した面内に
置かれているアンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアク
タを提供し、スパッタリングと堆積の速さを適切な比率
にする。
ャンバと、そのチャンバ中に反応性ガスを導入する為の
１以上のガス源と、そのチャンバ内で誘導結合によりプ
ラズマを発生する為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−
を放射する能力があり、且つ二次元的に湾曲した面内に
置かれているアンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアク
タを提供し、スパッタリングと堆積の速さを適切な比率
にする。
【図１】（ａ）は、比較的高いアスペクト比を有する超
小型電子技術の造作に材料を堆積する際に遭遇する問題
を図に示した単純化された線図であり、（ｂ）は、表面
角度のスパッタエッチング速さに与える影響を図示した
グラフであり、（ｃ）は、図１（ａ）に対応する単純化
した線図であり、ＣＶＤとスパッタエッチングプロセス
を同時に使うことによって達成される望ましい堆積パタ
−ンを示した図である。
小型電子技術の造作に材料を堆積する際に遭遇する問題
を図に示した単純化された線図であり、（ｂ）は、表面
角度のスパッタエッチング速さに与える影響を図示した
グラフであり、（ｃ）は、図１（ａ）に対応する単純化
した線図であり、ＣＶＤとスパッタエッチングプロセス
を同時に使うことによって達成される望ましい堆積パタ
−ンを示した図である。
【図２】関連した出願に開示されたＣＶＤ−ＲＦプラズ
マエッチング装置の単純化した線図である。
マエッチング装置の単純化した線図である。
【図３】図２の装置の特性であり、ウエハ中心からの距
離がアルゴン及び酸素に対するイオン密度に与える影響
を図示したグラフである。
離がアルゴン及び酸素に対するイオン密度に与える影響
を図示したグラフである。
【図４】シャワ−ヘッドガス分配装置を使用した本発明
の第一の実施例の断面立面図である。
の第一の実施例の断面立面図である。
【図５】シャワ−ヘッドガス分配装置を使用した本発明
の第二の実施例の断面立面図である。
の第二の実施例の断面立面図である。
【図６】オ−バ−ヘッドド−ム形ＲＦアンテナ及びリン
グガス分配装置を使用した本発明の第三の実施例の断面
立面図である。
グガス分配装置を使用した本発明の第三の実施例の断面
立面図である。
【図７】図６の実施例のド−ム形天井の部分に対応し、
その中に使用するのが好ましいファラデ−シ−ルドを図
示した斜視図である。
その中に使用するのが好ましいファラデ−シ−ルドを図
示した斜視図である。
【図８】オ−バ−ヘッドド−ム形ＲＦアンテナ及び多数
ノズルガス分配装置を使用した本発明の第四の実施例の
断面立面図である。
ノズルガス分配装置を使用した本発明の第四の実施例の
断面立面図である。
【図９】図７の実施例で使用される好ましいノズル形状
の断面側面図である。
の断面側面図である。
【図１０】円筒形アンテナ、平坦天井及び多数ノズルガ
ス分配装置を使用した本発明の第五の実施例の断面立面
図である。
ス分配装置を使用した本発明の第五の実施例の断面立面
図である。
【図１１】円筒形アンテナ、多数ノズルガス分配装置及
びド−ム形導電性天井を使用した本発明の第六の実施例
の断面立面図である。
びド−ム形導電性天井を使用した本発明の第六の実施例
の断面立面図である。
【図１２】図６及び図１１の実施例の特徴の組合せに対
応する本発明の第七の実施例の断面立面図である。
応する本発明の第七の実施例の断面立面図である。
１０…誘電性材料、１２…チャンネル、１４…金属で描
いた線、１５…空所、１６…角部、２０…真空チャン
バ、２２…ＲＦアンテナ、２４…円筒垂直側壁、２６…
天井、２８…ウエハ、３０…ガス出口、４０…ウエハ、
４２、４３…チャンバ内壁、４４…天井、４６…ウエ
ハ、４８…シャワーヘッド、４９…ＲＦアンテナ、５０
…円形底壁、５１…噴霧穴、５２…円筒形壁、５４…円
形肩部、５６…中間壁、６２…円形頂部壁、６４…マニ
ホールド、６６、６８…外部ガス入口、７２…磁石、７
４…ＲＦ電極、７６…周辺環状領域、８０…アンテナ、
８２…ウエハ、８４…ドーム天井、８５…シールド、９
０、９２…ＲＦ電源、９６…リングマニホールド、１０
０…ガスマニホールド、１０２…チャンバ側壁、１０４
…スプレー穴、１０６…ノズル、１１０…マッハディス
ク、１１２…拡散の有効中心、１１６…天井、１１８…
ＲＦ電源、１２０…スイッチ、１２２…頂部電極。
いた線、１５…空所、１６…角部、２０…真空チャン
バ、２２…ＲＦアンテナ、２４…円筒垂直側壁、２６…
天井、２８…ウエハ、３０…ガス出口、４０…ウエハ、
４２、４３…チャンバ内壁、４４…天井、４６…ウエ
ハ、４８…シャワーヘッド、４９…ＲＦアンテナ、５０
…円形底壁、５１…噴霧穴、５２…円筒形壁、５４…円
形肩部、５６…中間壁、６２…円形頂部壁、６４…マニ
ホールド、６６、６８…外部ガス入口、７２…磁石、７
４…ＲＦ電極、７６…周辺環状領域、８０…アンテナ、
８２…ウエハ、８４…ドーム天井、８５…シールド、９
０、９２…ＲＦ電源、９６…リングマニホールド、１０
０…ガスマニホールド、１０２…チャンバ側壁、１０４
…スプレー穴、１０６…ノズル、１１０…マッハディス
ク、１１２…拡散の有効中心、１１６…天井、１１８…
ＲＦ電源、１２０…スイッチ、１２２…頂部電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 (72)発明者 ロムアルド ノアク アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95014， キュパティノ， メドウ プレ イス 10412
Claims (36)
- 【請求項１】 真空チャンバを含むＲＦ誘導結合プラズ
マリアクタであって、 前記チャンバ中に反応性（ｒｅａｃｔａｎｔ）ガスを導
入するための１以上のガス源と、 前記チャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生するた
めに、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力が
あり、且つ２次元的に湾曲した面内に置かれているアン
テナとを備える、 リアクタ。 - 【請求項２】 前記アンテナがドーム形の形態を有し、
前記湾曲した面が、ウエハの上面に対向し且つ該ウエハ
上面に関して対称的に配設された凹面である、請求項１
記載のリアクタ。 - 【請求項３】 前記アンテナが、下方にある（ｕｎｄｅ
ｒｌｙｉｎｇ）垂直円筒部分と、該垂直円筒部分と滑ら
かに接合する上方にある（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）ドーム
形の部分とを備える、請求項２記載のリアクタ。 - 【請求項４】 前記垂直円筒部分が、該垂直円筒部分の
直径の２０％以上の軸方向高さを有する、請求項３記載
のリアクタ。 - 【請求項５】 前記真空チャンバが、前記垂直円筒部分
と前記アンテナのドーム形部分の形状にそれぞれ対応し
ている、垂直円筒部分と上方にあるドーム形部分とを備
える天井を備え、且つ前記アンテナが、前記天井内に配
設された導線であって前記天井の対称回転軸を中心とし
て（ａｒｏｕｎｄ）巻かれた伸長した導線を備える、請
求項４記載のリアクタ。 - 【請求項６】 前記天井が、前記天井の頂部から減少す
る曲率半径を有し且つお互いに滑らかに接合する複数の
部分を備える、請求項５記載のリアクタ。 - 【請求項７】 前記アンテナが、前記湾曲した面の頂点
に中心を置く円形の空所（ｖｏｉｄ）を有する、請求項
３記載のリアクタ。 - 【請求項８】 前記空所の直径が、ほぼ（ｏｎ ｔｈｅ
ｏｒｄｅｒ ｏｆ）前記ウエハの直径の２５％と１０
０％との間の値である、請求項７記載のリアクタ。 - 【請求項９】 前記空所中にドーム形の電極をさらに備
え、該ドーム形の電極が電源に接続可能である、請求項
７記載のリアクタ。 - 【請求項１０】 前記ドーム形の電極が、前記チャンバ
の清掃（ｃｌｅａｎｉｎｇ）中にＲＦ電源に接続可能で
ある、請求項９記載のリアクタ。 - 【請求項１１】 前記巻かれた導線が、前記アンテナに
適用されたＲＦ信号の１／４波長に対応する長さを有す
る、請求項３記載のリアクタ。 - 【請求項１２】 前記ＲＦ信号が、４００ｋＨｚと２０
ＭＨｚとの間のＲＦ周波数を有する、請求項１１記載の
リアクタ。 - 【請求項１３】 前記反応性ガスの少なくとも一つが、
（ａ）スパッタエッチング（ｓｐｕｔｔｅｒ ｅｔｃｈ
ｉｎｇ）のための前記プラズマへのイオン及び（ｂ）化
学蒸着のための化学的種（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃ
ｉｅｓ）、の双方に寄与し、且つ前記ウエハ上のプラズ
マイオン密度が、前記スパッタエッチングの速さが前記
化学蒸着の速さと少なくとも同程度となるに充分な密度
である、請求項１記載のリアクタ。 - 【請求項１４】 少なくとも一つのガス源が、前記真空
チャンバの真空封じ込め（ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｔａｉ
ｎｍｅｎｔ）壁の中に置かれ且つその壁に熱的に結合さ
れ、又前記ウエハの縁部近くにある各ノズル先端部をも
って前記ウエハに向かって延びている、複数の伸延スプ
レーノズルを備えている、請求項１記載のリアクタ。 - 【請求項１５】 前記ノズルからのガス流が超音速であ
る、請求項１４記載のリアクタ。 - 【請求項１６】 少なくとも一つのガス源が、前記真空
チャンバの内側で、前記ウエハに関して対称に配設さ
れ、該ウエハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの実質
的部分の上方に存在することがないようになっている、
閉じたチューブを備えており、その閉じたチューブが、
その中に、前記ウエハの上方にある前記真空チャンバの
内部部分に対向している複数のスプレー開口を有する、
請求項１記載のリアクタ。 - 【請求項１７】 真空チャンバ内にウエハを保持するた
めの手段を含むプラズマリアクタであって、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプ
ラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギ
ーを放射する能力があるアンテナと、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある前記部分に
向けて超音速で反応性ガスを噴霧する（ｓｐｒａｙ）た
めの手段とを備える、 リアクタ。 - 【請求項１８】 超音速で噴霧するための前記手段が、
複数の伸延した超音速スプレー（ｓｐｒａｙ）ノズルを
備える、請求項１７記載のリアクタ。 - 【請求項１９】 前記ノズルの各々が、半径方向内方に
向けて鋭くテーパのついた内側部分と、半径方向外方に
向けて徐々にテーパのついた外側部分とを有する、請求
項１８記載のリアクタ。 - 【請求項２０】 前記ノズルが、前記ウエハの縁部に至
るが、しかしそれより上方にはないガス分配入口オリフ
ィスを有する、それぞれのノズル先端部をもって、前記
ウエハに向けて延びている、請求項１８記載のリアク
タ。 - 【請求項２１】 前記スプレーノズルが、前記真空チャ
ンバの真空封じ込め壁に熱的に結合さている、請求項２
０記載のリアクタ。 - 【請求項２２】 各ノズルからの超音速ガス流が、ノズ
ル先端部から前記ウエハの上方の位置に向けて置換され
た効果的ガス拡散中心を形成する、請求項２０記載のリ
アクタ。 - 【請求項２３】 前記オリフィスが、各々、ほぼ（ｏｎ
ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ）１０ミル（ｍｉｌｓ）の
サイズを有し、前記チャンバが１と３０ミリトール（ｍ
ｉｌｌｉＴｏｒｒ）の間の真空を有する、請求項２０記
載のリアクタ。 - 【請求項２４】 真空チャンバ内にウエハを保持するた
めの手段を含むプラズマリアクタであって、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプ
ラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギ
ーを放射する能力があるアンテナと、 前記真空チャンバの真空封じ込め壁に熱的に結合され、
又前記ウエハの縁部の少なくともほぼ（ｎｅａｒｌｙ）
上方にあるガス分配入口オリフィスを有するそれぞれの
ノズル先端部をもって前記ウエハに向かって延びてい
る、複数の伸延スプレーノズルとを備える、 リアクタ。 - 【請求項２５】 真空チャンバ内にウエハを保持するた
めの手段を含むプラズマリアクタであって、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプ
ラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギ
ーを放射する能力があるアンテナと、 前記チャンバの内側にあり、前記チャンバの中で前記ウ
エハの上方にある部分内に反応性ガスを噴霧するための
ものであり、前記ウエハに関して対称に配設され、該ウ
エハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの実質的部分の
上方に存在することがないようになっている、閉じたチ
ューブとを備えており、その閉じたチューブが、その中
に、前記ウエハの上方にある前記真空チャンバの内部部
分に対向している複数のスプレー開口を有している、 リアクタ。 - 【請求項２６】 真空チャンバ内にウエハを保持するた
めの手段を含むプラズマリアクタであって、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプ
ラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギ
ーを放射する能力があるアンテナと、 前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある前記部分内
に反応性を噴霧するための平面スプレーシャワーヘッド
（ｐｌａｎａｒ ｓｐｒａｙ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）
とを備え、該平面スプレーシャワーヘッドが前記真空チ
ャンバの中の前記ウエハの上方の（ｏｖｅｒ）内部部分
の上方にあり（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、且つ前記ウエハ
に対向する複数のスプレーノズル開口を有し、 さらに前記複数のノズル開口の隣接する開口の間であっ
て、前記平面スプレーノズルの内部部分にある複数の磁
石とを備え、該複数の磁石が前記スプレーノズル開口か
らイオンをはね返すような方向に向けられている、 リアクタ。 - 【請求項２７】 前記ノズル開口が、前記ウエハから、
ウエハの直径の約２５％から５０％の範囲に位置してい
る、請求項２６記載のリアクタ。 - 【請求項２８】 プロセスガスを収容するための真空チ
ャンバ内にウエハを保持するための手段を含むプラズマ
リアクタであって、 プラズマを発生するために前記チャンバ中にＲＦエネル
ギーを放射する能力があるアンテナと、 前記ウエハの上方にあり、且つ電位（ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に接続可能である、ドーム
形の導電性の電極とを備える、 リアクタ。 - 【請求項２９】 前記ドーム形の電極が、前記チャンバ
の天井を備え、且つプロセス中アース（ｇｒｏｕｎｄ）
に接続されている、請求項２８記載のリアクタ。 - 【請求項３０】 前記チャンバの清掃中、前記ドーム形
の電極をＲＦパワー源に接続するための手段をさらに備
える、請求項２９記載のリアクタ。 - 【請求項３１】 真空プロセスチャンバであって、その
片側にドーム形のアンテナを有し、又処理すべき（ｔｏ
ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）被加工物を保持する、真
空プロセスチャンバを用意する工程と、 前記プロセスチャンバ中に、陰電性の（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｅｇａｔｉｖｅ）ガスを含むプロセスガスを供給する
工程と、 ＲＦ電気信号を前記アンテナに共振的に（ｒｅｓｏｎａ
ｎｔｌｙ）結合する工程と、 前記アンテナからの電磁エネルギーを、前記プロセスガ
スから前記プロセスチャンバ内に形成されたプラズマ中
に、非共振的（ｎｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）且つ誘
導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合する工程であっ
て、それによって前記被加工物が前記プラズマによって
処理される工程とを含む、 プラズマプロセス。 - 【請求項３２】 前記陰電性ガスが酸素ガスを含む、請
求項３１記載のプラズマプロセス。 - 【請求項３３】 前記陰電性ガスがハロゲン（ｈａｌｏ
ｇｅｎ）を含む、請求項３１記載のプラズマプロセス。 - 【請求項３４】 前記プロセスガスがさらに酸化珪素
（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）のための先駆（ｐｒｅ
ｃｕｒｓｏｒ）ガスを含む、請求項３２記載のプラズマ
プロセス。 - 【請求項３５】 前記ＲＦ電気信号が、４００ｋＨｚか
ら２０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項３１記
載のプラズマプロセス。 - 【請求項３６】 前記チャンバ内の前記プロセスガスの
圧力が、１から３０ミリトール（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）
の範囲内にある、請求項３５記載のプラズマプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/113776 | 1993-08-27 | ||
| US08/113,776 US5614055A (en) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | High density plasma CVD and etching reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169703A true JPH07169703A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3691528B2 JP3691528B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=22351456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20363394A Expired - Lifetime JP3691528B2 (ja) | 1993-08-27 | 1994-08-29 | 高密度プラズマｃｖｄ及びエッチングリアクタ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5614055A (ja) |
| EP (2) | EP0641013B1 (ja) |
| JP (1) | JP3691528B2 (ja) |
| KR (1) | KR100201121B1 (ja) |
| DE (1) | DE69425203T2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07211702A (ja) * | 1994-01-19 | 1995-08-11 | Nec Corp | 半導体製造装置 |
| JPH0925586A (ja) * | 1995-07-11 | 1997-01-28 | Anelva Corp | 基板処理装置および基板処理方法 |
| JPH09245993A (ja) * | 1996-03-04 | 1997-09-19 | Anelva Corp | プラズマ処理装置及びアンテナの製造方法 |
| JP2000514136A (ja) * | 1996-06-28 | 2000-10-24 | ラム リサーチ コーポレイション | 高密度プラズマ化学蒸着装置および方法 |
| KR100553483B1 (ko) * | 1997-01-02 | 2006-04-21 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 하이브리드컨덕터및다중반경돔실링을갖는rf플라즈마반응기 |
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