JPH0922793A - 磁場励起プラズマリアクタにおけるプラズマ均一化のための方法及び装置 - Google Patents

磁場励起プラズマリアクタにおけるプラズマ均一化のための方法及び装置

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JPH0922793A
JPH0922793A JP8109874A JP10987496A JPH0922793A JP H0922793 A JPH0922793 A JP H0922793A JP 8109874 A JP8109874 A JP 8109874A JP 10987496 A JP10987496 A JP 10987496A JP H0922793 A JPH0922793 A JP H0922793A
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    • H05H1/24—Generating plasma
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一なプラズマ密度を発生させる磁場励起プ
ラズマエッチングリアクタを提供する。 【解決手段】 リアクタシステムは、プラズマと、反応
領域の回りに配置された複数の電磁コイルとを備える反
応チャンバを備えている。各コイルが同様の大きさの電
流でドライブされた場合は、電磁コイルは放射方向向き
の磁場を反応チャンバ内部に作り出す。この放射方向向
き磁場は、バルクプラズマ領域のいたるところにプラズ
マを均一に分散させる。従って、このような均一なプラ
ズマでエッチングが行われる基板のエッチングパターン
は均一なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場励起プラズマ
エッチングリアクタ(magnetic field-enhanced plasma
etch reactor )に関し、特に、磁場励起プラズマリアク
タにおいてプラズマを均一化して、プラズマに帰着した
基板の損傷を低減する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板をプラズマエッチングするための磁
場励起プラズマエッチングリアクタは、従来技術におい
て周知である。プラズマに基づく反応は、半導体産業に
おいてその重要性を増してきており、薄膜の堆積及びエ
ッチングを正確に制御できるようになってきている。プ
ラズマリアクタは、一般に、反応物ガスを収容する反応
チャンバと、高周波(radio frequency )の電気エネルギ
ーによってドライブされてチャンバ内部に電場を発生さ
せる１対の間隔をもつ電極（カソードとアノード）と、
電場の内部で基板を支持するための基板支持体とを備え
ている。典型的には、カソードは基板支持体の内部に埋
め込まれている。電場が反応物ガスをイオン化して、プ
ラズマを発生させる。プラズマは可視的なグローによっ
てその特徴がわかるが、これは、正イオンと負イオンと
電子の混合体である。反応チャンバ同士の相互的反発に
よって正イオンは外方向へと押され、カソードは典型的
にはイオン電荷に対して負に自己バイアスされているた
め、正イオンはカソードに向かって電気的に誘引され
る。このため、カソードのすぐ上で支持されている基板
に、正イオンが衝突し、正イオンは、プラズマの組成に
よっては、基板の上に堆積層を形成し、あるいは、基板
材料をエッチングすることになる。
【０００３】また、このようなリアクタでは、リアクタ
チャンバ内部に磁場を発生させて、プラズマ内部の電子
の運動を制御、即ち、リアクタチャンバの中央にあるバ
ルクプラズマ領域に自由電子を閉じ込める。一般には、
反応チャンバの外周の周りに１つ以上の電磁石(electro
magnet )を配置して、チャンバ内部の電場に垂直で且つ
カソードの表面に平行な磁場を発生させる。特に、磁場
は、プラズマが発生している最中にカソードの表面の近
辺に形成されるカソードプラズマシース(cathode plasm
a sheath )に対して垂直である。このような磁場の位置
関係によって、カソードプラズマシースの近辺のプラズ
マ内部のある領域に、電子のほとんどの量が閉じ込めら
れる。このため、この場所にある電子の数が増加するこ
とにより、カソードシース及び基板の近くのプラズマ密
度が高められる。一般的にＥｘＢドリフトと称される硬
化によって、密度の高いプラズマは通常、磁場線の
「東」側("east" side )に位置している。このため、プ
ラズマは均一ではない。従って、プラズマの密度が高く
なれば、高密度のプラズマに近隣する基板の領域におい
て、エッチレイトが高くなる。
【０００４】プラズマを均一に分布させることにより基
板のエッチングを均一に行わせるため、エッチリアクタ
は通例、回転する磁場を採用し、プラズマ密度の差を均
一に分布させている。このような回転する磁場は、反応
チャンバの対立する両側に２対の電磁コイルを用いるこ
とにより、発生する。各コイル対のコイルは、相互に共
通の軸をもって配置される。一方のコイルの対を流れる
電流は、他方のコイルの対を流れる電流によって発生す
る磁場に垂直な磁場を発生し、即ち、電流は隣接するコ
イルを正反対の方向に流れる。位相が９０゜ずれた正弦
波によってコイルの対がドライブされる場合は、これら
のコイルは反応チャンバ内で基板の上面に平行な回転す
る磁場を形成する。
【０００５】このような回転磁場を用いるプラズマリア
クタを使用しても、プラズマ密度及びエッチレイトの不
均一さは残るであろうし、このようなリアクタで処理さ
れた基板は、望ましくない不均一なエッチングパターン
を示すであろう。特に、このような磁場励起プラズマリ
アクタで処理された基板において、プラズマの不均一と
差の発生が、例えば隣接する電磁石同士の間にある基板
の上面の４つのコーナーの領域等、特定の領域で生じ得
る。この現象は、「集束効果」(focusing effect )とし
て知られており、また、その結果、この集束効果によっ
て影響を受ける特定の領域において基板を損傷する。更
に、このような基板上の電子部品は、プラズマ密度が不
均一であることによる「チャージアップ」損傷を受ける
事がある。更に、プラズマ密度が不均一であることによ
り起こり得る事は、（ｉ）基板上のエッチレイトの「選
択性」に差が生じる事、（ｉｉ）基板上の残留堆積物分
布に差が生じる事、並びに、（ｉｉｉ）基板上の腐食な
いし侵食に差が生じる事である。また、このような不均
一性及び差異が生じることは、上記のようなリアクタを
備えたハードウェアの表面、即ち、リアクタチャンバの
表面、ガス散布プレート、カソードペデスタル部品等に
も見られるだろう。
【０００６】磁場の強度及び方向を瞬時に且つ選択的に
変える事ができる能力を有する独自のリアクタシステム
が、１９８９年６月２７日に発行された標題 "Magnetic
Field-Enhanced Plasma Etch Reactor"の米国特許第
４，８４２，６８３号に記載されている。この特許に記
載されている独自の磁場励起リアクタにより、このリア
クタによって処理される基板のエッチングパターンが改
良される。
【０００７】上掲の特許により改良がなされているにも
かかわらず、プラズマ密度及びエッチレイトの不均一さ
は依然残るであろうし、不均一性が、基板のエッチング
を受けた面全面積に対して、エッチレイトの最大値から
最小値を引いて平均エッチレイトの２倍で除することで
定義される場合、形成されたエッチングパターンには、
約６％以上の不均一性が現れるであろう。
【０００８】プラズマの均一性を向上させるための別の
研究が、１９９３年５月２８日に出願された米国特許出
願通し番号第０８／０６９，０４９号、標題 "Method a
nd Apparatus For Altering Magnetic Coil Current to
Produce Etch Uniformity in a Magnetic Field-Enhan
ced Plasma Reactor" に開示されている。この独自な磁
場励起プラズマリアクタは、コイル対に印加される電流
を変調する事により、プラズマの均一性を改良する。変
調された電流に応答して磁場の回転速度及び規模を変調
することにより、集束効果が最も支配的である特定の場
所、即ち別々のコイルが互いに合う４つのコーナー等の
場所で、磁場を変化させる。この独自なリアクタはプラ
ズマの均一性を改良するものの、リアクタのコーナーに
不均一性が依然として残る。従って、集束効果による基
板の損傷が依然として生じるだろう。更に、このように
プラズマを変調することによりプラズマが不安定になる
ため、高周波の電力の一部が反射することになる。電力
が反射されれば、ＲＦ整合回路網がプラズマの変調に追
従できなくなり、プラズマの変調に対するインピーダン
スの整合ができなくなる。複雑で適応性の高い整合回路
網を用いた場合でも、インピーダンスのミスマッチは生
じる。インピーダンスが充分に整合されなければ、カソ
ードのドライブに使われるＲＦ電力の一部が反応チャン
バから反射されて、ＲＦ電源に戻ってくる。従って、プ
ラズマ発生プロセスの効率が影響され、インピーダンス
のミスマッチが充分悪い場合は、プラズマの発生が中断
したり、あるいは、ＲＦ電源を損傷したりすることがあ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】プラズマの均一性を向
上させるための別の研究が、１９９３年６月６日に発行
された米国特許第５，２２５，０２４号、標題 "Magnet
ically Enhanced PlasmaReactor System for Semicondu
ctor Processing" に開示されている。この独自な磁場
励起プラズマリアクタでは、カソード表面に平行に調心
され且つ反応チャンバの中心を通る縦の中心軸に沿って
互いに共通の軸をもって調心される、２つの電磁コイル
を用いることにより、プラズマの均一性を改善する。更
に、一方のコイルにはカソード表面の面よりも下の位置
が与えられ、他方にはカソード表面の面の上の位置が与
えられ得ている。このため、双方のコイルによる磁場が
相互作用することにより、半径方向ないし放射方向の向
きをもった軸対象の磁場を有する磁気ミラー(magnetic
mirror) を形成する。この磁気ミラーはプラズマ内部の
電子をカソードプラズマシースに近接し且つチャンバの
中心軸上に中心を持つ領域に実質的に閉じ込められる。
換言すれば、磁気ミラーがプラズマをカソードプラズマ
シースのすぐ上の中心領域に集束させる。この放射方向
に向きを持つ磁場は、中心軸の周りの包囲が与えられた
ＥｘＢドリフトパターンを作り出す。この方法では、電
子は、従来からあるコーナープラズマ集束効果に実質的
に誘引されずに、基板の上方の円形の通路に沿ってドリ
フトする傾向がある。コーナー集束効果が実質的に排除
されて磁気ミラーが得られても、上記の米国特許第５，
２２５，０２４号は、プラズマをカソードプラズマシー
スの上方の中央領域の中に集束させることを教示してい
る。その結果、プラズマが均一とならない傾向があり、
基板の中心に集束効果の損傷を生じさせることもある。
【００１０】更に、磁気ミラーを高めるため、上掲の米
国特許第５，２２５，０２４号は更に、永久磁石を基板
支持体の内部の中央の場所に配置させることを更に教示
する。この永久磁石は、更に、カソードプラズマシース
の上方の中央領域に磁場を更に与えて、基板の中心のプ
ラズマ集束効果を高める。全体として、上掲の米国特許
第５，２２５，０２４号で教示されるリアクタシステム
は、上記に説明した従来型のリアクタシステムに起因す
るコーナー集束効果を実質的に排除するが、この米国特
許第５，２２５，０２４号のリアクタシステムは、基板
の中心に集束効果を生じさせる。
【００１１】この従来技術は、プラズマの均一性を改善
するリアクタシステムをいくつか教示するが、どのシス
テムも、害になるようなプラズマの不均一性を有してい
る。従って、均一なプラズマ密度を発生させる磁場励起
プラズマエッチングリアクタを与える必要が継続的に存
在する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、この要求を満
たす。
【００１３】本発明は、回転磁場によって与えられるプ
ラズマ励起の不均一性の根本原因を検討することによ
り、前述の目的を達成するものである。この意味におい
て、本発明は、磁場励起プラズマリアクタにおける半径
方向ないし放射方向に向きを持つ磁場を用いて、プラズ
マ励起の規模を選択的に制御するための装置を与える。
【００１４】具体的には、本発明の第１の特徴は、基板
支持体と反応物ガスとを収容して、チャンバ内部の基板
支持体の近隣にプラズマを発生させることを容易にす
る、反応チャンバを備える。コイルがチャンバ内部の反
応領域の外縁の周囲に配置されるよう、このチャンバは
４つのサイドそれぞれの上に磁気コイルを配置する。こ
の構成では、チャンバの向い合う両側にコイルを配置す
ることにより、コイルの１対を成す。各コイル対のうち
のそれぞれのコイルは、相互に直列に接続される。各コ
イル対は、実質的に同様の大きさと極性を有するＡＣ又
はＤＣ電流のいずれかによりドライブされ、即ち、各コ
イル対には、相互に同じ方向に電流が流れる。
【００１５】この方法によって係るコイルがドライブさ
れる場合は、各コイル対により発生した磁場が結合する
結果、反応チャンバの中心軸から発した、放射方向に向
きを持つ磁場が発生する。このため、ＥｘＢドリフト
が、基板支持体の表面に平行な円形のパターンをなす。
このＥｘＢドリフトと放射方向に向きを持つ磁場によ
り、磁場の集束が実質的に存在しなくなり、従って、プ
ラズマは反応チャンバの何れにおいても実質的に均一と
なる。
【００１６】本発明の第２の特徴は、基板支持体と反応
物ガスとを収容して、チャンバ内部の基板支持体の近隣
にプラズマを発生させることを容易にする、反応チャン
バを備える。チャンバ内部の反応領域の外縁にコイルが
外接するように、チャンバの周囲には複数の電磁コイル
が配置される。各コイルは、基板支持体の表面に平行で
あり、且つ、複数のコイルにおいて相互のコイルと共通
の軸を有するように調心される。第１のコイルは、基板
支持体の表面によって画される面の下に配置される。複
数のコイル（例えば、、第２、第３、第４のコイル）
は、基板支持体の表面によって画される面の上に配置さ
れる。各コイルは、実質的に同様の大きさを有するＡＣ
又はＤＣ電流のいずれかによってドライブされる。更
に、各コイルを流れる電流が、隣のコイルに対して反対
の方向に流れ、例えば、第１のコイルでは電流は反時計
方向に流れ、第２のコイルでは時計方向、第３のコイル
では反時計方向、等である。
【００１７】係るコイルがこの方法でドライブされる場
合は、各コイルによって発生する磁場が結合して、反応
チャンバの中心軸から発しプラズマ全体に垂直に分布す
る、放射方向に向きを持つ磁場が発生する。即ち、複数
の磁石のそれぞれが、プラズマの内部で別々の場所にそ
れぞれ、放射方向に向きを持つ磁場を発生させる。隣り
合うコイルによって発生される磁場は、コイル同士の間
の平坦な領域において、発展的に相互作用をするため、
プラズマは、バルクプラズマ領域の垂直方向の広がりの
いたるところに存在する複数の層の中で励起される。そ
の結果生じた磁場は放射方向に向きが与えられているた
め、プラズマのいたるところで、ＥｘＢドリフトが基板
支持体の表面に平行な円形パターンを形成する。このＥ
ｘＢドリフトパターンと多数の放射方向磁場とにより、
磁場の集束が実質的になくなり、従って、反応チャンバ
のいたるところでプラズマが実質的に均一となる。実
際、コイルを積み重ねる構成により、「集束のない」、
又は分散した放射方向磁場が発生する。
【００１８】従って、本発明は実質的に、プラズマの均
一性を改善し、プラズマの励起の度合いを高め、また、
基板を損傷するプラズマ集束効果を低減するものであ
る。本発明の上記の２つの特徴の双方とも、プラズマの
コーナー集束を排除する放射方向磁場を作り出す。更
に、これらの２つの特徴の双方とも、安定した磁場を作
り出し、従ってこれらは、ＲＦエネルギーをプラズマに
結合させるＲＦ整合回路を別に必要としない。更に、本
発明の第２の特徴では、共通の軸を有するように調心さ
れて積み重ねられたコイルから、多数の放射方向磁場を
作り出し、プラズマの中心の集束を実質的に排除する。
【００１９】
【発明の実施の形態】理解の容易のため、添付の各図面
に現れる同一の要素には、できる限り同一の符号を付し
た。
【００２０】上掲の米国特許第４，８４２，６８３号に
は、本願の図１、図２及び図４に示されると同様のリア
クタシステムが記載されている。本発明のリアクタシス
テムは、発生した磁場を回転させることが典型的である
従来技術の回転磁場プラズマリアクタとは、異なってい
る。むしろ、本発明のリアクタでは、発生した磁場の程
度は安定しており、その方向は放射方向であり、即ち、
磁場が反応チャンバの中心から発生している。
【００２１】具体的には、図１及び図２に示されるリア
クタシステム１００は、ハウジング１０２を備え、この
ハウジング１０２は、八角形の形状の外壁１０４と、反
応チャンバ１０８を仕切る円形内壁１０６とを有してい
る。また、システムは、ガス及び液体で冷却されるペデ
スタル／カソード組立体１１０と、ウエハ（基板）交換
システム１１２とを有している。ウエハ交換システム１
１２は、ペデスタル組立体と協同して、組立体１１０上
の基板１１６の位置取り及び、エッチング後チャンバ１
０８からの基板１１６の取り出しを、容易にする。
【００２２】ガスマニホールド１１４により、プロセス
ガスが、ガス供給システム２００からチャンバ１０８の
内部へと供給される。ガス供給システム２００は、供給
ライン２０２及び導管２０４を介して、マニホールド１
１４及びチャンバ１０８に連通する。
【００２３】チャンバに真空が与えられ、真空ポンピン
グシステム２１０に接続する排気ポート２０８と連通す
る環状の排気チャンバ２０６を介して、消費済みのガス
が排出される。排気の流れの向きは、チャンバ１０８か
ら、カソード組立体１１０の上外縁の周囲に載置された
水平環状プレート２１４のホール（穴）２１２の方へと
与えられている。プレート２１４は、環状の排気チャン
バ２０６内にプラズマが進入することを防止する。
【００２４】導管２０４は、四弗化炭素（ＣＦ4 ）(car
bon tetrafluoride)等の反応物ガスを、流入口２１６マ
ニホールド２１４の中へと導く。マニホールドから下向
きにガスが出てくる（矢印２１８で指示する如くであ
る）。ＲＦ電力がカソード組立体１１０に印加されれ
ば、チャンバの処理領域２２０内にエッチングプラズマ
が形成される。ＲＦ電源システム２２２がリアクタシス
テム１００にＲＦ電力を供給して、プラズマを発生させ
る。
【００２５】プラズマの制御のために、リアクタシステ
ムは更に、複数の対になった電磁石１１８、１２０、１
２２及び１２４を有しており、これらの電磁石は、典型
的には銅コイルを備え、方形の配列で、八角形のハウジ
ングの外壁の１つおきに装着される。このため、隣り合
ったコイルは、実質的に互いに直角をなしている。各コ
イルの形状は実質的に方形であり、対立する上部分と下
部分と、対立する左部分と右部分とを有し、これらは一
緒になって、コイルの方形の形状の内部の開口を仕切
る。各コイルは、１４ゲージの絶縁銅線を３１０巻きし
て形成される。
【００２６】チャンバの外縁の周囲に配置される４つの
コイルの配列は、各コイルの左側の部分を隣のコイルの
右側の部分と隣り合うようにすものである。コイルの上
部分の端部と下部分の端部は、反応チャンバの方へ内側
に曲げられ（約４５゜）(45degrees)、八角形の形状の
ハウジングに実質的にマッチする。
【００２７】図１及び２に描かれているリアクタシステ
ムの残りの部品により、動作可能なリアクタシステムが
形成され、これが本願に包含される。部品全部の説明
は、上掲の米国特許第４，８４２，６８３号に示されて
いる。
【００２８】図３に示されているように、コンピュータ
３００を用いて、電源システム３０２により電磁石に与
えられる電流を制御する。この電流の制御により、電磁
石に供給される電流の大きさと向き（極性）が調節さ
れ、電磁石によって発生する磁場の程度が調節され、ま
た、各電磁石により発生される磁場の結合によって形成
される磁場ベクトルが調節される。具体的には、これら
の電磁石コイルは、２対のコイルとして配置される。サ
イドコイルと称される（Ｓコイル１２２及び１２４）コ
イルは、直列に接続されたコイルの第１の対を形成し、
フロントコイル称される（Ｆコイル１１８及び１２０）
コイルは、直列に接続されたコイルの第２の対を形成す
る。物理的には、Ｓコイルは相互に第１の軸に調心さ
れ、Ｆコイルは相互に第２の軸に調心される。第１の軸
と第２の軸とは相互に直角をなす。
【００２９】各コイル対は、別々の制御可能なＤＣ電源
３０４及び３０６に接続される。コンピュータ３００
が、各電源によって発生する電流の大きさを制御する。
このため、コイルによって生じた磁場の程度を変化させ
て、エッチレイトを選択したり基板へのイオンの衝突を
変化させることが可能である。
【００３０】オペレータは、リアクタ１００に含まれる
直列に接続された電磁石１１８〜１２４の各対の電流の
大きさを、特定の値に選択するだろう。コイルの各対へ
の電流は独立に設定できるが、典型的には、コイル対の
それぞれを流れる電流の大きさは、実質的に同様であ
る。オペレータが特定の大きさの放射方向磁場を発生さ
せると考える電磁石の電流が選択され、これは、プラズ
マ密度の促進を制御し、また、エッチレイトの均一性の
向上を制御する。エッチレイトがこのように均一になる
ことにより、処理された基板の上面全面にわたって、均
一なエッチングのパターンが得られる。電流の大きさ
は、典型的には、電流の大きさのメニュー又は表から選
択される。これに応じて、コンピュータは電流の大きさ
の表から適当なコマンド信号を呼出してくる。この電流
の大きさの表は、コンピュータ３００のメモリに格納さ
れている。コンピュータ３００は、例えば、前述の米国
特許に記載されているシステムに用いられている６８０
１０プロセッサを備えていてもよい。
【００３１】電源システム３０２は、図１及び図２のリ
アクタが基板又はウエハを処理している間、電磁石のコ
イルに選択された大きさの電流を印加する。この処理の
間、コイルに印加された電流は、放射方向の向きを与え
られた静的磁場を発生し、これが、ウエハの表面の上の
プラズマの均一性を向上させる。プラズマの内部に形成
された磁場は、図３において矢印３０８で示される。
【００３２】更に具体的には、電源システム３０２は、
２チャンネルの電力増幅器を有しており、これは例え
ば、米国カリフォルニア州カールスバドの Sierracin/M
agnedyne社により製造される物等である。この例に挙げ
た２チャンネル電力増幅器は、２つの別々の誘導的負荷
／抵抗的負荷の電流を制御することが可能なスイッチン
グ増幅器である。各チャンネルは、コンピュータ３００
からの電流コマンドに応答して、ピーク−ピークが２５
アンペア(amps)までを与えるようにデザインされる。電
源システムは、電磁石１２２及び１２４が直列に接続さ
れたＳコイルに印加される第１の電流（Ｓコイル電流）
を発生する。この電流は、各Ｓコイルを同じ方向に（例
えば、時計方向に）流れる。第１の電流と実質的に同じ
大きさを有する第２の電流（Ｆ電流）が発生して、直列
に接続された電磁石のコイル１１８及び１２０に印加さ
れる。第２の電流はＦコイルを、Ｓコイルを流れる電流
と同じ方向に流れ、例えば、Ｓコイル電流が時計回りで
流れる場合は、Ｆコイル電流も時計回りで流れる。典型
的には、Ｆコイル電流及びＳコイル電流は共に、約２０
〜２５アンペアである。
【００３３】これらのコイルの対が実質的に等価なＤＣ
電流でドライブされている場合は、チャンバ内に生じた
磁場は基板支持体に平行で、チャンバの中心から放射方
向を向いている（矢印３０８で示される如く）。ドライ
ブ電流は一定のＤＣの値であるため、生じた磁場は静的
であり、チャンバのいたるところで均一に分布してい
る。各コイルの左側部分及び右側部分によって発生する
磁場が相互に打ち消し合い、他方、上側部分と下側部分
がバルクプラズマ領域内で発展的に結合する磁場を作り
出す結果、放射方向の向きを持つ磁場が形成される（線
３１０で指示される如く）。従って、本発明は、円形の
ドリフトパターンを有することにより、プラズマ集束を
効果的に排除する。更に、静的な磁場を形成することに
より、プラズマへのＲＦドライブ電子のインピーダンス
を整合する操作も簡単になり、即ち、アダプティブな又
はダイナミックな整合回路網は必要がない。
【００３４】あるいは、コンピュータが、各コイルをい
かなる瞬間も同じ方向におよそ同じ大きさで流れている
ＡＣ電流を用いて、電力増幅器にコイルをドライブさせ
てもよい。簡潔に言えば、各コイルは実質的に同一のＡ
Ｃ電流でドライブされることになる。この方法でコイル
をドライブすることにより、振動する放射方向磁場が発
生する。放射方向に向きが与えられた磁場に対しては、
場が振動している場合（ＡＣドライブ電流）も振動して
いない場合（ＤＣドライブ電流）も、ＥｘＢドリフトパ
ターンが円形であり、生じたプラズマがバルクプラズマ
領域のいたるところで実質的に均一である。
【００３５】ウエハの処理に続いて、ウエハのエッチン
グパターンの不均一性が検査される。検査の結果、エッ
チングパターンがエッチングの均一性のスペックに適合
したことが判明した場合は、このリアクタシステムを用
いたウエハの大量生産に将来用いるための基準として
の、選択された電流の大きさが確立される。他方、検査
の結果、エッチングパターンがエッチングの均一性のス
ペックに適合しなかったことが判明した場合は、これと
は異なる電流の大きさを選択して、処理後のウエハのエ
ッチングパターンがこのスペックに適合するまで、エッ
チングプロセスを繰り返す。
【００３６】本発明は、実質的に、エッチレイトを改善
し集束効果により生じる損傷を低減する。具体的には、
ここに開示される具体例を用いて得られたエッチングパ
ターンは、不均一性が約６％以下となり、また、従来技
術と比べてエッチレイトが約１０％改善する。
【００３７】図４は、本発明の第２の特徴を表す。ここ
に描かれるリアクタシステムは、磁気コイルの構造が第
２の特徴において異なっている点を除けば、上述の図１
及び図２を参照して説明されたリアクタシステムと同じ
である。具体的には、図４において、複数のコイル４０
０、４０２、４０４及び４０６が反応チャンバ１０４の
反応領域の外周を囲んでいる。これらのコイルが、チャ
ンバの中にあるか、チャンバの外にあるかは、発明の作
用に特に影響を与えない。チャンバの中にあっても外に
あっても、コイルは実質的に環状であり、チャンバの中
心を通る中心軸に沿う共通の軸をもって相互に調心され
ている。各コイルは、１４ゲージの絶縁銅線を３１０巻
きして形成される。
【００３８】第１のコイル４００は、チャンバ内で基板
の支持に用いられる基板支持体１１０の表面によって仕
切られる面の下に配置されている。第２、第３、第４の
コイル４０２、４０４及び４０６は、基板支持体１１０
の表面によって仕切られる面の上の場所で、１つの上に
１つがくるように積み重ねられている。１つの下コイル
（第１コイル４００）及び３つの上コイル（第１、第
２、第３のコイル４０２、４０４、４０６）が、本発明
の特徴の例示のために描かれているが、上コイルと下コ
イルのそれぞれの数の組合わせは、本発明の範囲の中で
考慮できるものである。
【００３９】図５は、図４に示された反応チャンバ１０
４とコイル４００、４０２、４０４及び４０６を模式的
に示す図である。動作の際、電源システム５１４は、実
質的に同じ大きさの電流で各コイルをドライブする。各
電流は、それぞれ隣のコイルを流れる電流と逆の電流極
性を有している。電源システム５１４は、上述の図４に
関して説明した２つの電源を有している。従って、図５
の電源５１４は、２５アンペアまでのＡＣ電流又はＤＣ
電流で各コイルを独立してドライブできる２つのスイッ
チング電力増幅器を有している。
【００４０】下コイル４００は、例えば、時計方向の向
きを持つＤＣ電流でドライブされ、上コイル４０２は反
時計方向の向きを持つＤＣ電流でドライブされ、上コイ
ル４０４は時計方向の向きを持つＤＣ電流でドライブさ
れ、上コイル４０６は反時計方向の向きを持つＤＣ電流
でドライブされる。このため、コイル４００は磁場５０
０を作り出し、コイル４０２は磁場５０２を作り出し、
コイル４０４は磁場５０４を作り出し、コイル４０６は
磁場５０６を作り出す。バルクプラズマ領域５１０の内
部では、チャンバ１０４の中心軸５０８から磁場が放射
状に伸びており、即ち、場は軸対称である。隣接し合う
コイルの磁場同士が、コイル同士の間の平坦な領域５１
８内で発展的に相互作用する。これらの平坦な領域にお
いては、プラズマは放射方向磁場の程度が大きくなるこ
とによりプラズマが励起される。また、これらの平坦領
域は、基板支持体表面５１２によって仕切られる面に実
質的に平行に存在する。場５００は、場５０２と実質的
に同じ方向を持っており、磁場励起領域５１８がカソー
ドプラズマ５１６のすぐ上の位置にあることを確保し、
また、磁場励起領域５１８が基板支持体１１０の表面に
実質的に平行でとなることを確保する。
【００４１】重要なことだが、平坦領域５１８は、バル
クプラズマ領域５１０の垂直方向の広がりのいたるとこ
ろプラズマ励起の層を与える。従って、プラズマの中心
でプラズマ集束を防止するために、積み重ねられたコイ
ルがプラズマの縦の方向のいたるところに放射方向磁場
を発生させて分布させ、即ち、場が集束しなくなる。こ
のため、上コイルをもっと多く用いる場合は、平坦領域
の層がもっと多く発生し、バルクプラズマ領域のいたる
ところで磁場の均一性が向上する結果、実質的に均一に
励起されたプラズマが得られる。
【００４２】各コイルはそれぞれ専用のドライブ電流で
ドライブされるため、コイルを流れる電流の大きさを相
対的に変えることにより、プラズマの均一性が最適化さ
れる。このように電流を調節することで、各平坦領域の
プラズマ励起の度合いを変化させ、プラズマの密度と励
起の度合いを最適化できるようになる。
【００４３】ここまで、第２の特徴について、各コイル
をドライブするＤＣ電流を用いる態様で説明してきた
が、この代りにＡＣ電流を用いてもよい。ＡＣ電流を用
いた場合は、それぞれ隣のコイルは典型的には、同じ大
きさで且つ１８０゜位相がシフトしている電流でドライ
ブされ、即ち、どの時点でも隣にあるコイルには反対の
方向に電流が流れている。垂直方向に分配された励起プ
ラズマの平坦領域５１８が、隣り合うコイル同士の間の
位置にある振動する放射方向磁場によって、発生する。
このため、ＤＣ電流によって発生したと同じ均一性を有
するプラズマが、ＡＣ電流によっても発生する。更に、
プラズマの密度と励起の度合いを最適化するため、種々
のコイルを流れるＡＣ電流の相対的位相、周波数及び大
きさを調節することが可能である。
【００４４】本発明の教示を含む様々な具体例を示し、
その詳細を説明してきたが、いわゆる当業者には、この
教示の範囲内で様々な変形具体例を行うことも可能であ
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は、プ
ラズマの均一性を実質的に改善し、特に、基板を損ねる
プラズマ集束効果を実質的に低減する。特に、本発明の
２つの特徴のいずれも、放射方向磁場を発生させて、プ
ラズマのコーナー集束を排除する。更に、ＤＣ電流でド
ライブされる場合は、本発明の２つの特徴のいずれも、
静的な時間変化のないプラズマを発生させるため、適合
のためのＲＦ整合回路網の必要性を排除する。更に、本
発明の第２の特徴は、共通の軸を有するように調心され
て積み重ねられたコイルから、複数の放射方向磁場を作
り出し、プラズマの中心の集束を実質的に排除する。こ
のため、本発明の２つの特徴は共に、従来技術のプラズ
マエッチングリアクタで実現されたよりも優れたプラズ
マの均一性を作り出す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の特徴を有する磁場励起プラズマ
リアクタの部分破砕斜視図である。
【図２】図１に示されるリアクタの模式的な部分的縦断
面図である。
【図３】図１に示される本発明の第１の特徴を模式的に
表す構成図である。
【図４】本発明の第２の特徴を有する磁場励起プラズマ
リアクタの部分破砕斜視図である。
【図５】図４に示される本発明の第２の特徴を模式的に
表す構成図である。
【符号の説明】
１００…リアクタシステム、１０２…ハウジング、１０
４…外壁、１０６…円形内壁、１０８…反応チャンバ、
１１０…ペデスタル／カソード組立体、１１２…ウエハ
交換システム、１１４…ガスマニホールド、１１６…基
板、１１８，１２０,１２２,１２４…電磁石、２００…
ガス供給システム、２０２…供給ライン、２０４…導
管、２０６…排気チャンバ、２０８…排気ポート、２１
０…真空ポンピングシステム、２１２…ホール、２１４
…水平環状プレート、２１６…流入口、２１８…矢印、
２２０…処理領域、２２２…ＲＦ電源システム、３００
…コンピュータ、３０２…電源システム、３０４，３０
６…ＤＣ電源、３０８…矢印、４００，４０２，４０
４，４０６…コイル、５００，５０２，５０４，５０６
…磁場、５１０…バルクプラズマ領域、５１２…基板支
持体表面５１４…電源システム、５１８…平坦な領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホンチン シャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95132， サン ノゼ， タンブル ウェ イ 3630

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁場励起プラズマリアクタであって、 プラズマを収容するための反応チャンバと、 該反応チャンバ内部の反応領域の外縁の回りに配置され
    る、該反応チャンバ内部に放射方向の向きを持つ磁場を
    形成するための、複数の電磁石と、 前記複数の電磁石に接続される電流ジェネレータであっ
    て、前記複数の電磁石に電流を与えて、該電流が前記複
    数の電磁石の各電磁石を同じ方向で流れる、前記電流ジ
    ェネレータとを備える磁場励起プラズマリアクタ。
  2. 【請求項２】 前記電流がＡＣ電流である請求項１に記
    載の磁場励起プラズマリアクタ。
  3. 【請求項３】 前記電流がＤＣ電流である請求項１に記
    載の磁場励起プラズマリアクタ。
  4. 【請求項４】 前記複数の電磁石が更に、第１の電磁石
    対と第２の電磁石対とを備え、 一方の電磁石対の各電磁石が第１の調心軸に沿って共通
    の軸を有して調心され他方の電磁石対の各電磁石が第２
    の調心軸に沿って共通の軸を有して調心され、 前記第１の調心軸と前記第２の調心軸とが相互に直交す
    る請求項１に記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  5. 【請求項５】 前記第１の電磁石対と前記第２の電磁石
    対とにおける各電磁石が、上側部分、下側部分、右側部
    分と、左側部分とにより仕切られた実質的に方形の平面
    形状を有し、該上側部分と該下側部分との各端部は前記
    反応チャンバの方へ内側に曲げられる請求項４に記載の
    磁場励起プラズマリアクタ。
  6. 【請求項６】 電磁石のそれぞれの前記上側部分と前記
    下側部分とが、４５゜内側に曲げられる請求項５に記載
    の磁場励起プラズマリアクタ。
  7. 【請求項７】 磁場励起プラズマリアクタであって、 基板支持体の近隣にプラズマを収容するための反応チャ
    ンバと、 該反応チャンバ内部の反応領域に外接して配置される、
    該反応チャンバ内部に放射方向の向きを持つ磁場を形成
    するための、複数の電磁石と、 前記複数の電磁石に接続される電流ジェネレータであっ
    て、前記複数の電磁石のそれぞれの電磁石にそれぞれ電
    流を与えて、該電流のそれぞれが、隣り合う電磁石を反
    対の方向で流れる、前記電流ジェネレータとを備える磁
    場励起プラズマリアクタ。
  8. 【請求項８】 前記電流がＡＣ電流である請求項７に記
    載の磁場励起プラズマリアクタ。
  9. 【請求項９】 前記電流がＤＣ電流である請求項７に記
    載の磁場励起プラズマリアクタ。
  10. 【請求項１０】 前記基板支持体が或る平面を仕切る表
    面を有し、前記複数の電磁石が実質的に環状であり、実
    質的に環状の前記複数の電磁石の少なくとも一つが該平
    面の下の位置にあり、実質的に環状の前記複数の電磁石
    の残りの実質的に環状の電磁石が該平面の上の位置にあ
    る請求項７に記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  11. 【請求項１１】 前記基板支持体が或る平面を仕切る表
    面を有し、前記複数の電磁石が実質的に環状であり、実
    質的に環状の前記複数の電磁石のうち１つが該平面の下
    の位置にあり、実質的に環状の前記複数の電磁石のうち
    ３つの実質的に環状の電磁石が該平面の上の位置にある
    請求項７に記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  12. 【請求項１２】 磁場励起プラズマリアクタであって、 プラズマを収容するための反応チャンバと、 該反応チャンバの外縁の回りに配置される、該反応チャ
    ンバ内部に放射方向の向きを持つ磁場を形成するため
    の、第１の電磁石対と第２の電磁石対であって、一方の
    電磁石対の各電磁石が第１の調心軸に沿って共通の軸を
    有して調心され他方の電磁石対の各電磁石が第２の調心
    軸に沿って共通の軸を有して調心され、前記第１の調心
    軸と前記第２の調心軸とが相互に直交する、前記第１の
    電磁石対と前記第２の電磁石対と、 前記第１の電磁石対と前記第２の電磁石対とに接続され
    る電流ジェネレータであって、前記第１の電磁石対と前
    記第２の電磁石対の電磁石に電流を与えて、該電流が前
    記電磁石のそれぞれを同じ方向で流れる、前記電流ジェ
    ネレータとを備える磁場励起プラズマリアクタ。
  13. 【請求項１３】 前記電流がＡＣ電流である請求項１２
    に記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  14. 【請求項１４】 前記電流がＤＣ電流である請求項１２
    に記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  15. 【請求項１５】 前記第１の電磁石対と前記第２の電磁
    石対とにおける各電磁石が、上側部分、下側部分、右側
    部分と、左側部分とにより仕切られた実質的に方形の平
    面形状を有し、該上側部分と該下側部分との各端部は前
    記反応チャンバの方へ内側に曲げられる請求項１２に記
    載の磁場励起プラズマリアクタ。
  16. 【請求項１６】 電磁石のそれぞれの前記上側部分と前
    記下側部分とが、４５゜内側に曲げられる請求項１５に
    記載の磁場励起プラズマリアクタ。
  17. 【請求項１７】 該反応チャンバ内部の反応領域の外縁
    の回りに配置される複数の電磁石を有する磁場励起プラ
    ズマリアクタを用いるための方法であって、 前記複数の電磁石のそれぞれの電磁石に電流を与えるス
    テップであって、前記電流がそれぞれの前記電磁石を同
    じ方向に流れる、前記ステップと、 前記反応チャンバ内部に、放射方向の向きをもつ磁場を
    発生させるステップとを有する方法。
  18. 【請求項１８】 前記電流がＡＣ電流である請求項１７
    に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記電流がＤＣ電流である請求項１７
    に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記電磁石のそれぞれを流れるそれぞ
    れの前記電流が、実質的に同様の電流の大きさを有する
    請求項１７に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 該反応チャンバ内部の反応領域に外接
    する複数の電磁石を有する磁場励起プラズマリアクタを
    用いるための方法であって、 前記複数の電磁石のそれぞれの電磁石に電流を与えるス
    テップであって、前記電流のそれぞれが、隣り合う電磁
    石を反対の方向に流れる、前記ステップと、 前記反応チャンバ内部に、放射方向の向きをもつ磁場を
    発生させるステップとを有する方法。
  22. 【請求項２２】 前記磁場を発生させるステップ、隣り
    合う電磁石同士の間の位置に励起プラズマの平坦領域を
    発生させるステップを更に有する請求項２１に記載の方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記電流がＡＣ電流である請求項２１
    に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記電流がＤＣ電流である請求項２１
    に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記電磁石のそれぞれを流れる前記電
    流が、実質的に同じ電流の大きさを有する請求項２１に
    記載の方法。
JP8109874A 1995-04-28 1996-04-30 磁場励起プラズマリアクタにおけるプラズマ均一化のための方法及び装置 Withdrawn JPH0922793A (ja)

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US08/431,178 US5674321A (en) 1995-04-28 1995-04-28 Method and apparatus for producing plasma uniformity in a magnetic field-enhanced plasma reactor
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