JPH10233390A - 非均一な磁界を有する磁気励起プラズマチャンバ - Google Patents
非均一な磁界を有する磁気励起プラズマチャンバInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ワークピースの表面の上に一様なイオン流束
の瞬間分布を生成する。具体的には、我々の発明におい
て磁気励起は、新規な磁界パターンを生成するマグネッ
トによってなされる。ワークピースに平行且つこれに隣
接する領域内では、その地点における磁界の方向が、
（１）その点における磁界の大きさの勾配と（２）ワー
クピース面から垂直にプラズマの方へ延びるベクトルと
のベクトル外積となるように、瞬間磁界の大きさと方向
が関連している。 【解決手段】 磁気励起は、新規な磁界パターンを生成
するマグネットによってなされる。ワークピースに平行
且つこれに隣接する領域内では、その地点における磁界
の方向が、（１）その点における磁界の大きさの勾配と
（２）ワークピース面から垂直にプラズマの方へ延びる
ベクトルとのベクトル外積となるように、瞬間磁界の大
きさと方向が関連している。
の瞬間分布を生成する。具体的には、我々の発明におい
て磁気励起は、新規な磁界パターンを生成するマグネッ
トによってなされる。ワークピースに平行且つこれに隣
接する領域内では、その地点における磁界の方向が、
（１）その点における磁界の大きさの勾配と（２）ワー
クピース面から垂直にプラズマの方へ延びるベクトルと
のベクトル外積となるように、瞬間磁界の大きさと方向
が関連している。 【解決手段】 磁気励起は、新規な磁界パターンを生成
するマグネットによってなされる。ワークピースに平行
且つこれに隣接する領域内では、その地点における磁界
の方向が、（１）その点における磁界の大きさの勾配と
（２）ワークピース面から垂直にプラズマの方へ延びる
ベクトルとのベクトル外積となるように、瞬間磁界の大
きさと方向が関連している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気励起プラズマ
を用いる半導体製造プロセスチャンバに関する。特に、
本発明は、半導体ワークピースへのイオン衝突の瞬間的
な均一性を向上させるような非均一な磁界を有する上記
のチャンバに関する。
を用いる半導体製造プロセスチャンバに関する。特に、
本発明は、半導体ワークピースへのイオン衝突の瞬間的
な均一性を向上させるような非均一な磁界を有する上記
のチャンバに関する。
【０００２】
発明の背景 半導体製造プロセスチャンバは一般に、プラズマを用い
て、シリコンウエハ又はその他のワークピース上への半
導体デバイス製造のための様々なプロセスの性能を向上
させる。このようなプロセスには、スパッタエッチン
グ、プラズマ励起化学エッチング、プラズマ励起化学気
相堆積（ＣＶＤ）やイオン化スパッタ堆積が含まれる。
プラズマ中の成分のエネルギーレベルは高いため、これ
により製造プロセスの速度が一般に増加し、また、プロ
セス実行のため半導体ワークピースが維持されるべき温
度をしばしば低減する。
て、シリコンウエハ又はその他のワークピース上への半
導体デバイス製造のための様々なプロセスの性能を向上
させる。このようなプロセスには、スパッタエッチン
グ、プラズマ励起化学エッチング、プラズマ励起化学気
相堆積（ＣＶＤ）やイオン化スパッタ堆積が含まれる。
プラズマ中の成分のエネルギーレベルは高いため、これ
により製造プロセスの速度が一般に増加し、また、プロ
セス実行のため半導体ワークピースが維持されるべき温
度をしばしば低減する。
【０００３】磁気励起型のプラズマチャンバは、磁界を
利用してプラズマ中の荷電粒子密度を増加させ、それに
よってさらに、プラズマ励起製造プロセスの速度を増加
させる。半導体デバイス製造コストが製造のために必要
な時間に直接比例するため、プロセス速度を増加させる
ことは非常に有利となる。
利用してプラズマ中の荷電粒子密度を増加させ、それに
よってさらに、プラズマ励起製造プロセスの速度を増加
させる。半導体デバイス製造コストが製造のために必要
な時間に直接比例するため、プロセス速度を増加させる
ことは非常に有利となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの利点にもか
かわらず、実用において多くのプラズマチャンバは磁気
励起を採用しておらず、その理由は、磁気励起がウエハ
上の半導体デバイスにダメージを与える可能性を増大さ
せることが見出されたからである。（ Fang & McVitti
e, "Charging damage to gate oxides in an O2 magnet
ron plasma", J.Appl. Phys., vol. 72, no. 10, pp. 4
865-4872, 15 November 1992; 及び Fang &McVittie, "
The role of antenna structure on thin oxide damage
from plasma induced wafer charging", Mat. Res. So
c. Symp. Proc., vol. 265, pp. 231236, 1992.を参
照）。したがって、半導体デバイス損傷の危険を減じつ
つも従来の磁気励起の利益を享有するような、磁気励起
プラズマチャンバが必要である。
かわらず、実用において多くのプラズマチャンバは磁気
励起を採用しておらず、その理由は、磁気励起がウエハ
上の半導体デバイスにダメージを与える可能性を増大さ
せることが見出されたからである。（ Fang & McVitti
e, "Charging damage to gate oxides in an O2 magnet
ron plasma", J.Appl. Phys., vol. 72, no. 10, pp. 4
865-4872, 15 November 1992; 及び Fang &McVittie, "
The role of antenna structure on thin oxide damage
from plasma induced wafer charging", Mat. Res. So
c. Symp. Proc., vol. 265, pp. 231236, 1992.を参
照）。したがって、半導体デバイス損傷の危険を減じつ
つも従来の磁気励起の利益を享有するような、磁気励起
プラズマチャンバが必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】我々は、従来の磁気励起
プラズマチャンバ中で半導体デバイスがダメージを受け
る主な原因について、従来においては理想的であると思
われていた一様な磁界が実は、プレシース内で電子のＥ
ｘＢドリフトを引き起こし、次いでこれがイオン流束を
発生させて半導体ウエハ又はワークピースに衝突させ、
ワークピースの表面全体に対しての分布を不均一にする
と考える。我々の発明は、ワークピースの表面の上に一
様なイオン流束の瞬間分布を生成する磁気励起プラズマ
チャンバである。
プラズマチャンバ中で半導体デバイスがダメージを受け
る主な原因について、従来においては理想的であると思
われていた一様な磁界が実は、プレシース内で電子のＥ
ｘＢドリフトを引き起こし、次いでこれがイオン流束を
発生させて半導体ウエハ又はワークピースに衝突させ、
ワークピースの表面全体に対しての分布を不均一にする
と考える。我々の発明は、ワークピースの表面の上に一
様なイオン流束の瞬間分布を生成する磁気励起プラズマ
チャンバである。
【０００６】具体的には、我々の発明において磁気励起
は、新規な磁界パターンを生成するマグネットによって
なされる。ワークピースに平行且つこれに隣接する領域
内では、その地点における磁界の方向が、（１）その点
における磁界の大きさの勾配と（２）ワークピース面か
ら垂直にプラズマの方へ延びるベクトルとのベクトル外
積となるような関係を、瞬間磁界の大きさと方向が有し
ている。
は、新規な磁界パターンを生成するマグネットによって
なされる。ワークピースに平行且つこれに隣接する領域
内では、その地点における磁界の方向が、（１）その点
における磁界の大きさの勾配と（２）ワークピース面か
ら垂直にプラズマの方へ延びるベクトルとのベクトル外
積となるような関係を、瞬間磁界の大きさと方向が有し
ている。
【０００７】我々の磁界の方向のため、プレシースの中
で電子のＥｘＢドリフトが、磁界強度が最大である領域
から離れるように且つ強度が最低の領域の方に向かうよ
うに発生すると我々は考える。生じたＥｘＢドリフト
は、磁界強度が高い領域において自由電子の発生速度が
最大になる傾向を相殺する。それゆえに、ＥｘＢドリフ
トの効果と強度の不均一性とを均衡させて、半導体ワー
クピースに隣接するプレシース内で、自由電子密度の瞬
間的均一性を向上させることが可能である。このように
電子分布の瞬間的均一性が向上することにより、ワーク
ピースに衝突するイオン流束の瞬間的均一性を向上させ
ると我々は考える。
で電子のＥｘＢドリフトが、磁界強度が最大である領域
から離れるように且つ強度が最低の領域の方に向かうよ
うに発生すると我々は考える。生じたＥｘＢドリフト
は、磁界強度が高い領域において自由電子の発生速度が
最大になる傾向を相殺する。それゆえに、ＥｘＢドリフ
トの効果と強度の不均一性とを均衡させて、半導体ワー
クピースに隣接するプレシース内で、自由電子密度の瞬
間的均一性を向上させることが可能である。このように
電子分布の瞬間的均一性が向上することにより、ワーク
ピースに衝突するイオン流束の瞬間的均一性を向上させ
ると我々は考える。
【０００８】
1.磁気励起型のプラズマチャンバ 本発明を説明する前に、従来の磁気励起プラズマチャン
バ中におけるイオン流束(ion flux)の瞬間的な不均一性
の理由を説明する。図１は、エッチング又は化学気相堆
積（ＣＶＤ）の何れかに適する磁気励起プラズマチャン
バを示す。
バ中におけるイオン流束(ion flux)の瞬間的な不均一性
の理由を説明する。図１は、エッチング又は化学気相堆
積（ＣＶＤ）の何れかに適する磁気励起プラズマチャン
バを示す。
【０００９】真空チャンバは、円筒状の側壁１２と、円
形の底壁１４と、円の頂壁（あるいはリッド）１６とに
よって囲まれる。リッド１６と底壁１４は、誘電体又は
メタルであってもよい。電気的に接地されたアノード電
極１８は、リッド１６の底部に装着される。アノード電
極は、処理ガスがチャンバに流入するガス流入口として
機能するために、多孔体であってもよい。側壁１２は、
誘電体かメタルであってもよい。メタルである場合は、
チャンバの外側の電磁コイルにより発生した磁界を妨害
しないよう、メタルは非磁性体（陽極処理アルミニウム
等）である必要がある。側壁がメタルである場合は、ア
ノードの一部として作用する。
形の底壁１４と、円の頂壁（あるいはリッド）１６とに
よって囲まれる。リッド１６と底壁１４は、誘電体又は
メタルであってもよい。電気的に接地されたアノード電
極１８は、リッド１６の底部に装着される。アノード電
極は、処理ガスがチャンバに流入するガス流入口として
機能するために、多孔体であってもよい。側壁１２は、
誘電体かメタルであってもよい。メタルである場合は、
チャンバの外側の電磁コイルにより発生した磁界を妨害
しないよう、メタルは非磁性体（陽極処理アルミニウム
等）である必要がある。側壁がメタルである場合は、ア
ノードの一部として作用する。
【００１０】半導体ウエハないしワークピース２０は、
カソード電極２２の上に載置され、これは次いでそのチ
ャンバの下側の端の中に載置される。真空ポンプ（図示
せず）により、チャンバから排気マニホルド２３を介し
てガスが排気され、チャンバの中の全ガス圧力を、プラ
ズマの生成を容易にするに十分低いレベルに維持する
が、この範囲は代表的には、１０ミリトール〜２０トー
ルであり、この下端はエッチングプロセスに、上端はＣ
ＶＤプロセスに、それぞれ代表的な圧力である。
カソード電極２２の上に載置され、これは次いでそのチ
ャンバの下側の端の中に載置される。真空ポンプ（図示
せず）により、チャンバから排気マニホルド２３を介し
てガスが排気され、チャンバの中の全ガス圧力を、プラ
ズマの生成を容易にするに十分低いレベルに維持する
が、この範囲は代表的には、１０ミリトール〜２０トー
ルであり、この下端はエッチングプロセスに、上端はＣ
ＶＤプロセスに、それぞれ代表的な圧力である。
【００１１】ＲＦ電源２４は、直列結合コンデンサー２
６を介してカソード電極２２に接続される。ＲＦ電源
は、チャンバの内部でガスを励起してプラズマ状態とす
るためのＲＦ電圧を、カソード電極と接地アノード電極
１８の間に与える。プラズマ本体は、イオン化したプロ
セスガスの成分を加速してカソード電極及びアノード電
極に衝突させるだけの、カソード電極又はアノード電極
に対する時間平均正ＤＣ電位又は電圧を有している。
６を介してカソード電極２２に接続される。ＲＦ電源
は、チャンバの内部でガスを励起してプラズマ状態とす
るためのＲＦ電圧を、カソード電極と接地アノード電極
１８の間に与える。プラズマ本体は、イオン化したプロ
セスガスの成分を加速してカソード電極及びアノード電
極に衝突させるだけの、カソード電極又はアノード電極
に対する時間平均正ＤＣ電位又は電圧を有している。
【００１２】プラズマの磁気励起は最も一般的には、カ
ソード電極とアノード電極の間の領域にあるＤＣ磁界に
よって実現される。この磁界の方向は、チャンバの縦軸
に交差し、すなわちカソード電極とアノード電極の間に
延びる軸に交差する。従来技術では、このような横磁界
を提供するためには、永久磁石か電磁石の様々な構成が
用いられる。この構成は、円筒状のチャンバ側壁１２の
反対側の上で配置される１対のコイル３０（図１に示さ
れる）である。２つのコイル３０は、直列且つ同調にＤ
Ｃ電源（図示せず）に接続されるため、これら２つのコ
イルの間の領域に加えられる横磁界が生成される。この
横磁界は、ｘ軸に沿ってマイナス側に向いているベクト
ルＢにより、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されてい
る。好ましい具体例では、各コイルの直径は、２つのコ
イルの間の間隔にほぼ等しい。（図１（ｂ）に示される
コイル３２の第２の対については後述するが、ここでの
説明ために無視してもよい）。この磁気励起のプラズマ
エッチングチャンバの例が、１９９３年６月１日発行の
Chengらの米国特許第５，２１５，６１９号に記載され
る。
ソード電極とアノード電極の間の領域にあるＤＣ磁界に
よって実現される。この磁界の方向は、チャンバの縦軸
に交差し、すなわちカソード電極とアノード電極の間に
延びる軸に交差する。従来技術では、このような横磁界
を提供するためには、永久磁石か電磁石の様々な構成が
用いられる。この構成は、円筒状のチャンバ側壁１２の
反対側の上で配置される１対のコイル３０（図１に示さ
れる）である。２つのコイル３０は、直列且つ同調にＤ
Ｃ電源（図示せず）に接続されるため、これら２つのコ
イルの間の領域に加えられる横磁界が生成される。この
横磁界は、ｘ軸に沿ってマイナス側に向いているベクト
ルＢにより、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されてい
る。好ましい具体例では、各コイルの直径は、２つのコ
イルの間の間隔にほぼ等しい。（図１（ｂ）に示される
コイル３２の第２の対については後述するが、ここでの
説明ために無視してもよい）。この磁気励起のプラズマ
エッチングチャンバの例が、１９９３年６月１日発行の
Chengらの米国特許第５，２１５，６１９号に記載され
る。
【００１３】プラズマ本体がカソード電極２２に対して
正の時間平均ポテンシャルないし電圧を有しているた
め、カソードに隣接するプラズマプレシース中の時間平
均電界Ｅが、プラズマからカソードの方に下向きになっ
ており、このため、ベクトルＶｅにより図１（ａ）に表
現されるように、その時間平均値がプラズマ本体の方に
上向きに指向されるドリフト速度ベクトルＶをプレシー
ス中の自由電子に与える。ＤＣ磁界ベクトルＢに応答し
て、これらの自由電子は、その時間平均値が半導体ウエ
ハ２０と共面で磁界ベクトルＢに直交するｑ（ｖｘＢ）
力（これは一般にＥｘＢドリフトと称される）を経験
し、、これは、図１（ｂ）においてｙ軸に沿った方向を
有するＥｘＢベクトルで例示される如きである。（この
説明の中で、「時間平均」の語は、プラズマが励起され
るＲＦ周波数（複数のＲＦ周波数の場合を含む）の１周
期についての平均を意味し、この周期は典型的には１０
の−７乗秒未満である。１ＲＦ周期に対する時間平均
は、磁界に対して相対的にワークピースが随意回転する
ことによる時間平均には無関係であり、この回転周期は
典型的には０．１〜２秒のオーダーである）。
正の時間平均ポテンシャルないし電圧を有しているた
め、カソードに隣接するプラズマプレシース中の時間平
均電界Ｅが、プラズマからカソードの方に下向きになっ
ており、このため、ベクトルＶｅにより図１（ａ）に表
現されるように、その時間平均値がプラズマ本体の方に
上向きに指向されるドリフト速度ベクトルＶをプレシー
ス中の自由電子に与える。ＤＣ磁界ベクトルＢに応答し
て、これらの自由電子は、その時間平均値が半導体ウエ
ハ２０と共面で磁界ベクトルＢに直交するｑ（ｖｘＢ）
力（これは一般にＥｘＢドリフトと称される）を経験
し、、これは、図１（ｂ）においてｙ軸に沿った方向を
有するＥｘＢベクトルで例示される如きである。（この
説明の中で、「時間平均」の語は、プラズマが励起され
るＲＦ周波数（複数のＲＦ周波数の場合を含む）の１周
期についての平均を意味し、この周期は典型的には１０
の−７乗秒未満である。１ＲＦ周期に対する時間平均
は、磁界に対して相対的にワークピースが随意回転する
ことによる時間平均には無関係であり、この回転周期は
典型的には０．１〜２秒のオーダーである）。
【００１４】我々は、自由電子のこのＥｘＢドリフト
が、従来の磁気励起プラズマチャンバにおける半導体デ
バイス損傷の主要な原因であると考える。具体的には、
ＥｘＢドリフトがプラズマプレシース中で非一様に自由
電子を分布させるため、電子密度が負のｙ軸から正のｙ
軸へ、最小値から最大値へと変化すると我々は考える。
換言すれば、プレシース中の電子密度は、ウエハ２０の
６時（方位角２７０゜）の位置の近隣で最低となり、ウ
エハ２０の１２時（方位角９０゜）の位置の近隣で最高
となる。電子密度が高い場合は、高いイオン濃度を生じ
させ、このためウエハに衝突するイオンの流束は、ウエ
ハの６時の位置で最低となり１２時の位置で位置で最高
となる。我々は、ウエハに衝突するイオン流束がこのよ
うに空間的に非均一であることによって、ウエハ上の半
導体デバイスにたびたび損傷を与える電流をウエハに発
生させると考える。
が、従来の磁気励起プラズマチャンバにおける半導体デ
バイス損傷の主要な原因であると考える。具体的には、
ＥｘＢドリフトがプラズマプレシース中で非一様に自由
電子を分布させるため、電子密度が負のｙ軸から正のｙ
軸へ、最小値から最大値へと変化すると我々は考える。
換言すれば、プレシース中の電子密度は、ウエハ２０の
６時（方位角２７０゜）の位置の近隣で最低となり、ウ
エハ２０の１２時（方位角９０゜）の位置の近隣で最高
となる。電子密度が高い場合は、高いイオン濃度を生じ
させ、このためウエハに衝突するイオンの流束は、ウエ
ハの６時の位置で最低となり１２時の位置で位置で最高
となる。我々は、ウエハに衝突するイオン流束がこのよ
うに空間的に非均一であることによって、ウエハ上の半
導体デバイスにたびたび損傷を与える電流をウエハに発
生させると考える。
【００１５】本発明はこの理論に依拠するものではない
が、イオン流束の瞬間的な空間的非均一性による損傷の
機構が次のようであると我々は考える。イオン流束の空
間的非均一性は、空間的に非均一な電荷の蓄積をウエハ
に引き起こす。この電荷における差は、ウエハ上の別々
の点の間に電圧と電流を発生させる。ウエハ上に形成さ
れた誘電構造体の何れかの間の電圧が、この誘電構造体
の最大安全電圧を上回るならば、この構造体を介して電
流が流れ誘電構造体に損傷を与え、これによりウエハ上
の一つ以上の半導体デバイスに損傷を与えるだろう。我
々は、ウエハに衝突するイオン流束の瞬間的な空間分布
の均一性が高くなれば、このような損傷の可能性が減る
と考える。
が、イオン流束の瞬間的な空間的非均一性による損傷の
機構が次のようであると我々は考える。イオン流束の空
間的非均一性は、空間的に非均一な電荷の蓄積をウエハ
に引き起こす。この電荷における差は、ウエハ上の別々
の点の間に電圧と電流を発生させる。ウエハ上に形成さ
れた誘電構造体の何れかの間の電圧が、この誘電構造体
の最大安全電圧を上回るならば、この構造体を介して電
流が流れ誘電構造体に損傷を与え、これによりウエハ上
の一つ以上の半導体デバイスに損傷を与えるだろう。我
々は、ウエハに衝突するイオン流束の瞬間的な空間分布
の均一性が高くなれば、このような損傷の可能性が減る
と考える。
【００１６】従来の磁気励起プラズマチャンバでは、磁
界をウエハに対して低速で回転させることによってこの
非均一性を改良しようとし、この低速とは典型的には、
毎秒１．５〜５回転の範囲の回転数である。デザインに
よっては、ウエハ２０又はマグネット３０を物理的に回
転するものもある。別のデザインでは、図１（ｂ）に例
示されるように、第１のコイル対３０に直交する第２の
コイル対３２を与えることによって、回転を電子的に行
っている。ＤＣ電源を周期的且つ連続的に、(1) 第１
のコイル対３０に正の極性で接続し、(2) 第２のコイ
ル対３２に正の極性で接続し、(3) 第１のコイル対３
０に負の極性で接続し(4) 第２のコイル対３２に負の
極性で接続することにより、磁界を９０度づつの増加量
で回転させることができる。あるいは、ＤＣ電源に代え
て、第２のコイル対３２に与えられる電流から位相が９
０゜ずれた電流を第１のコイル対３０に与える直交出力
を有する周波数の非常に低い（０．１〜１０Ｈｚの範
囲）電源を用いることにより、磁界を連続的に回転させ
ることができる。
界をウエハに対して低速で回転させることによってこの
非均一性を改良しようとし、この低速とは典型的には、
毎秒１．５〜５回転の範囲の回転数である。デザインに
よっては、ウエハ２０又はマグネット３０を物理的に回
転するものもある。別のデザインでは、図１（ｂ）に例
示されるように、第１のコイル対３０に直交する第２の
コイル対３２を与えることによって、回転を電子的に行
っている。ＤＣ電源を周期的且つ連続的に、(1) 第１
のコイル対３０に正の極性で接続し、(2) 第２のコイ
ル対３２に正の極性で接続し、(3) 第１のコイル対３
０に負の極性で接続し(4) 第２のコイル対３２に負の
極性で接続することにより、磁界を９０度づつの増加量
で回転させることができる。あるいは、ＤＣ電源に代え
て、第２のコイル対３２に与えられる電流から位相が９
０゜ずれた電流を第１のコイル対３０に与える直交出力
を有する周波数の非常に低い（０．１〜１０Ｈｚの範
囲）電源を用いることにより、磁界を連続的に回転させ
ることができる。
【００１７】ウエハに対して磁界を回転させることによ
り、ウエハに衝突するイオン流束時間平均の空間的非均
一性を大きく減少させ、従って、この磁界により、ウエ
ハ表面上におけるエッチング速度（エッチングチャンバ
中）又は堆積速度（ＣＶＤチャンバ中）の空間的均一性
を許容できる程度に提供することができる。しかし、磁
界を回転することは、何れにせよウエハ表面上のイオン
流束の瞬間的な空間的均一性を向上させることはなく、
したがって、磁気励起のプラズマチャンバ内における半
導体デバイス損傷の問題を解決しない。従って、磁気励
起は、半導体製造のための実用レベルのプラズマチャン
バにおいて小さな割合でしか用いられてこなかった。
り、ウエハに衝突するイオン流束時間平均の空間的非均
一性を大きく減少させ、従って、この磁界により、ウエ
ハ表面上におけるエッチング速度（エッチングチャンバ
中）又は堆積速度（ＣＶＤチャンバ中）の空間的均一性
を許容できる程度に提供することができる。しかし、磁
界を回転することは、何れにせよウエハ表面上のイオン
流束の瞬間的な空間的均一性を向上させることはなく、
したがって、磁気励起のプラズマチャンバ内における半
導体デバイス損傷の問題を解決しない。従って、磁気励
起は、半導体製造のための実用レベルのプラズマチャン
バにおいて小さな割合でしか用いられてこなかった。
【００１８】２．本発明の概要 我々の発明は、ウエハ面の上で電子がＥｘＢドリフトに
よって電子がそこへ掃引されて入るプラズマプレシース
の領域で最も微弱となりＥｘＢドリフトによって電子が
そこから掃引され出ていく領域で最も強力となる磁界を
提供することによってイオン流束の瞬間的な空間的均一
性を改善する。更に数学的に述べるならば、我々の発明
は、ウエハの平面における点での強度が、ウエハの平面
の中のＥｘＢベクトルの投射の反対の方向に指向する
（即ち、この投射から約１８０゜の方向を有する）勾配
ベクトルで特性が与えられる磁界を提供する（この磁界
は、ウエハ表面全体に対してこのような性質を具備する
必要はなく、この磁界がウエハ表面の大部分において係
る性質を具備するならば、我々の発明の利点は維持され
る。）。
よって電子がそこへ掃引されて入るプラズマプレシース
の領域で最も微弱となりＥｘＢドリフトによって電子が
そこから掃引され出ていく領域で最も強力となる磁界を
提供することによってイオン流束の瞬間的な空間的均一
性を改善する。更に数学的に述べるならば、我々の発明
は、ウエハの平面における点での強度が、ウエハの平面
の中のＥｘＢベクトルの投射の反対の方向に指向する
（即ち、この投射から約１８０゜の方向を有する）勾配
ベクトルで特性が与えられる磁界を提供する（この磁界
は、ウエハ表面全体に対してこのような性質を具備する
必要はなく、この磁界がウエハ表面の大部分において係
る性質を具備するならば、我々の発明の利点は維持され
る。）。
【００１９】より高い磁界強度を有しているプラズマの
領域では、自由電子の密度はより高くなる。ＥｘＢドリ
フトが電子密度を減少させる傾向があるプラズマプレシ
ースの領域に最も強い磁界強度を提供することにより、
そしてＥｘＢドリフトが電子密度を増やす傾向がある領
域に最も弱い磁界を提供することにより、我々の発明
は、ウエハに隣接のプレシース全体について電子密度を
等しくすることを促進する。プレシースの中の空間的電
子密度の一様性をより高めることにより、ウエハに衝突
するイオン流束の空間的一様性を更に高める。このよう
に、我々の発明は、ウエハに衝突するイオンの瞬間的な
空間的均一性を改善することにより、ウエハ上の半導体
デバイス損傷の危険を減少させるものである。
領域では、自由電子の密度はより高くなる。ＥｘＢドリ
フトが電子密度を減少させる傾向があるプラズマプレシ
ースの領域に最も強い磁界強度を提供することにより、
そしてＥｘＢドリフトが電子密度を増やす傾向がある領
域に最も弱い磁界を提供することにより、我々の発明
は、ウエハに隣接のプレシース全体について電子密度を
等しくすることを促進する。プレシースの中の空間的電
子密度の一様性をより高めることにより、ウエハに衝突
するイオン流束の空間的一様性を更に高める。このよう
に、我々の発明は、ウエハに衝突するイオンの瞬間的な
空間的均一性を改善することにより、ウエハ上の半導体
デバイス損傷の危険を減少させるものである。
【００２０】３．１対の隣接の磁極によって生成する曲
磁界 図２（ａ）は、２つの隣接した直交コイルを用いて磁界
を発生させる本発明の一具体例を示す。２つの同じ環状
コイルは、直列に、又は図中に例示されるように並列に
接続される。この系列又は並列の結合は、ＤＣ電源６０
に接続される。好ましくは、ＤＣ電源６０の出力電流
は、従来のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッ
サー６５により制御され、人間のオペレーターによる磁
界強度の調整を容易にする。
磁界 図２（ａ）は、２つの隣接した直交コイルを用いて磁界
を発生させる本発明の一具体例を示す。２つの同じ環状
コイルは、直列に、又は図中に例示されるように並列に
接続される。この系列又は並列の結合は、ＤＣ電源６０
に接続される。好ましくは、ＤＣ電源６０の出力電流
は、従来のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッ
サー６５により制御され、人間のオペレーターによる磁
界強度の調整を容易にする。
【００２１】第１のコイル４０は、ウエハ２０の９時の
位置（方位角１８０゜）に配置され、ｘ軸に垂直に指向
し、ｘ軸に沿って指向する（即ちｘ軸正方向又は方位角
０゜）磁界を生成する極性を有するＤＣ電源に接続す
る。第２のコイル４２は、ウエハ２０の１２時の位置
（方位角９０゜）に配置され、ｙ軸に垂直に指向し、ｙ
軸に沿って指向する（即ちｙ軸正方向又は方位角９０
゜）磁界を生成する極性を有するＤＣ電源に接続する
（図を単純化するため、ウエハを囲むチャンバ壁１２
は、図２（ａ）以下の図において省略される。）。
位置（方位角１８０゜）に配置され、ｘ軸に垂直に指向
し、ｘ軸に沿って指向する（即ちｘ軸正方向又は方位角
０゜）磁界を生成する極性を有するＤＣ電源に接続す
る。第２のコイル４２は、ウエハ２０の１２時の位置
（方位角９０゜）に配置され、ｙ軸に垂直に指向し、ｙ
軸に沿って指向する（即ちｙ軸正方向又は方位角９０
゜）磁界を生成する極性を有するＤＣ電源に接続する
（図を単純化するため、ウエハを囲むチャンバ壁１２
は、図２（ａ）以下の図において省略される。）。
【００２２】この２つのコイルにより、領域の中でウエ
ハ表面の真上の領域に磁界が生成する（具体的には、プ
ラズマシース及びプレシースをウエハに隣接して有する
領域において）が、これは、ウエハの上方からウエハを
見下ろした場合に反時計回りである。ここで数学的に
は、ウエハ表面の真上の領域における磁界のベクトル
「カール(curl)」関数（▽ｘＢ）は、ウエハ表面からプ
ラズマ本体の方に上向きである。図２（ａ）では、反時
計回りの磁界パターンが、第２のコイル４２の方に向か
いそこで終わっている４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ
によって表現される。ウエハ２０の表面上方では、磁界
強度はウエハの周縁上の方位角１３５゜の場所の点Ｐで
最強となるが、その理由は、この点で２つのコイル相互
が最も接近するからであり、すなわち、その点Ｐを通る
磁界線４４ａは、ウエハの表面に交差する他のどの磁界
線よりも短くなるからである。また磁界強度はウエハの
周縁上の方位角３１５゜の場所の点Ｑで最弱となるが、
その理由は、この点で２つのコイル相互が最も遠くなる
からであり、すなわち、その点Ｑを通る磁界線４４ｄ
は、ウエハの表面に交差する他のどの磁界線よりも長く
なるからである。点Ｐ及び点Ｑを決めるまた別の方法と
しては、２つの電磁石コイル４０と４２との間の角の頂
点Ｖから最も近い点と最も遠い点をとることが挙げられ
る。
ハ表面の真上の領域に磁界が生成する（具体的には、プ
ラズマシース及びプレシースをウエハに隣接して有する
領域において）が、これは、ウエハの上方からウエハを
見下ろした場合に反時計回りである。ここで数学的に
は、ウエハ表面の真上の領域における磁界のベクトル
「カール(curl)」関数（▽ｘＢ）は、ウエハ表面からプ
ラズマ本体の方に上向きである。図２（ａ）では、反時
計回りの磁界パターンが、第２のコイル４２の方に向か
いそこで終わっている４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ
によって表現される。ウエハ２０の表面上方では、磁界
強度はウエハの周縁上の方位角１３５゜の場所の点Ｐで
最強となるが、その理由は、この点で２つのコイル相互
が最も接近するからであり、すなわち、その点Ｐを通る
磁界線４４ａは、ウエハの表面に交差する他のどの磁界
線よりも短くなるからである。また磁界強度はウエハの
周縁上の方位角３１５゜の場所の点Ｑで最弱となるが、
その理由は、この点で２つのコイル相互が最も遠くなる
からであり、すなわち、その点Ｑを通る磁界線４４ｄ
は、ウエハの表面に交差する他のどの磁界線よりも長く
なるからである。点Ｐ及び点Ｑを決めるまた別の方法と
しては、２つの電磁石コイル４０と４２との間の角の頂
点Ｖから最も近い点と最も遠い点をとることが挙げられ
る。
【００２３】図２（ａ）においてＥｘＢベクトルによっ
て例示されるように、この反時計回りの磁界パターンに
より、自由電子のＥｘＢドリフトが、プラズマプレシー
ス中で磁界線に直交の方向に生成する。より具体的に
は、ウエハ表面の上の異なる点においてＥｘＢベクトル
は異なる方向を指向するが、常に、これらは最強の磁界
線４４ａから離れる方へ、そして、最弱の磁界線４４ｄ
へ向かう方に向く。例えば、自由電子のＥｘＢドリフト
は、最強の磁界強度を有している点Ｐから離れ、且つ、
最弱の磁界強度を有している点Ｑの方へ向かう。
て例示されるように、この反時計回りの磁界パターンに
より、自由電子のＥｘＢドリフトが、プラズマプレシー
ス中で磁界線に直交の方向に生成する。より具体的に
は、ウエハ表面の上の異なる点においてＥｘＢベクトル
は異なる方向を指向するが、常に、これらは最強の磁界
線４４ａから離れる方へ、そして、最弱の磁界線４４ｄ
へ向かう方に向く。例えば、自由電子のＥｘＢドリフト
は、最強の磁界強度を有している点Ｐから離れ、且つ、
最弱の磁界強度を有している点Ｑの方へ向かう。
【００２４】磁界強度の空間的変化については、プレシ
ース中の点Ｐの近くで電子密度が最大となりプレシース
中の点Ｑの近くで電子密度が最小となる傾向がある。し
かし、ＥｘＢベクトルの方向は、正反対の結果（即ちプ
レシース中では点Ｐで電子密度が最小、点Ｑで電子密度
が最高）を生じがちである。従って、磁界強度変化の効
果とＥｘＢドリフトの効果が互いに相殺されるため、ウ
エハ表面に隣接するプレシース中では、自由電子の瞬間
的な分布の空間的均一性が高くなる。
ース中の点Ｐの近くで電子密度が最大となりプレシース
中の点Ｑの近くで電子密度が最小となる傾向がある。し
かし、ＥｘＢベクトルの方向は、正反対の結果（即ちプ
レシース中では点Ｐで電子密度が最小、点Ｑで電子密度
が最高）を生じがちである。従って、磁界強度変化の効
果とＥｘＢドリフトの効果が互いに相殺されるため、ウ
エハ表面に隣接するプレシース中では、自由電子の瞬間
的な分布の空間的均一性が高くなる。
【００２５】プレシース中で自由電子の瞬間的分布の空
間均一性がこのように高くなることにより、ウエハに衝
突するイオン流束の瞬間的な空間分布の均一性が高くな
り、それによって、ウエハ上の半導体デバイスへの損傷
のリスクが低減する。
間均一性がこのように高くなることにより、ウエハに衝
突するイオン流束の瞬間的な空間分布の均一性が高くな
り、それによって、ウエハ上の半導体デバイスへの損傷
のリスクが低減する。
【００２６】従来の設計におけると同様に、エッチング
チャンバにおけるエッチング速度やＣＶＤチャンバにお
ける堆積速度の時平均の均一性は、マグネットをウエハ
に対して低速で回転させることにより、あるいはウエハ
をマグネットに対して回転させることにより、更に改善
することができる。ワークピースを取り囲む電磁石のア
レイを提供し、磁界がワークピースの中心の周りで回転
させるシーケンスで電磁石に動力を供給することによっ
て、この回転は、機械的にではなく電気的に実行するこ
とができる。この電気による回転の方法については、下
記に詳述する。
チャンバにおけるエッチング速度やＣＶＤチャンバにお
ける堆積速度の時平均の均一性は、マグネットをウエハ
に対して低速で回転させることにより、あるいはウエハ
をマグネットに対して回転させることにより、更に改善
することができる。ワークピースを取り囲む電磁石のア
レイを提供し、磁界がワークピースの中心の周りで回転
させるシーケンスで電磁石に動力を供給することによっ
て、この回転は、機械的にではなく電気的に実行するこ
とができる。この電気による回転の方法については、下
記に詳述する。
【００２７】２つの電磁石は直交であるように記載され
ているが、何故なら、この幾何的関係により、電磁石が
円形半導体ウエハ２０にできるだけ近く配置されるよう
になるからである。しかし、たとえ2つの電磁石の間の
角が劇的に変化した場合でも、本発明の磁界パターンは
生成されるだろう。この原理を極端な例で例示するた
め、図２（ｂ）に、同一平面上の４つの電磁石４０及び
４２により形成された磁界を示すが、これらマグネット
の角度は見る場所にもよるが０゜又は１８０゜である。
磁界の勾配が磁界の方向に対して略垂直であるので、ウ
エハ２０の上方の磁界パターンは本発明の要求を満たし
ており、また、ウエハ上方の磁界が最も強力な場所で
は、磁界曲線は、点Ｐに対して反時計方向である。図２
（ｂ）に示される同一平面の場合よりも実用的価値の高
い幾何的関係としては、２つの隣接する電磁石４０と４
２の間の角が４５゜〜１５０゜の範囲となる幾何的関係
が挙げられるだろう。この角度を上げれば、点Ｐから点
Ｑへの磁界強度勾配が増加することが予想されるため、
ウエハ２０の上方のイオン流束の空間的均一性に影響を
及ぼすだろう。この均一性は、２つの電磁石の間の角を
調節することによって最適化されてもよい。例えば、２
つの垂直な電磁石により点Ｐにおけるよりも大きなイオ
ン流束を点Ｑで生成する場合は、２つのコイルの間の角
度を上げれば、点Ｑでイオン流束が減少しそのため空間
的均一性が向上すると予想される。
ているが、何故なら、この幾何的関係により、電磁石が
円形半導体ウエハ２０にできるだけ近く配置されるよう
になるからである。しかし、たとえ2つの電磁石の間の
角が劇的に変化した場合でも、本発明の磁界パターンは
生成されるだろう。この原理を極端な例で例示するた
め、図２（ｂ）に、同一平面上の４つの電磁石４０及び
４２により形成された磁界を示すが、これらマグネット
の角度は見る場所にもよるが０゜又は１８０゜である。
磁界の勾配が磁界の方向に対して略垂直であるので、ウ
エハ２０の上方の磁界パターンは本発明の要求を満たし
ており、また、ウエハ上方の磁界が最も強力な場所で
は、磁界曲線は、点Ｐに対して反時計方向である。図２
（ｂ）に示される同一平面の場合よりも実用的価値の高
い幾何的関係としては、２つの隣接する電磁石４０と４
２の間の角が４５゜〜１５０゜の範囲となる幾何的関係
が挙げられるだろう。この角度を上げれば、点Ｐから点
Ｑへの磁界強度勾配が増加することが予想されるため、
ウエハ２０の上方のイオン流束の空間的均一性に影響を
及ぼすだろう。この均一性は、２つの電磁石の間の角を
調節することによって最適化されてもよい。例えば、２
つの垂直な電磁石により点Ｐにおけるよりも大きなイオ
ン流束を点Ｑで生成する場合は、２つのコイルの間の角
度を上げれば、点Ｑでイオン流束が減少しそのため空間
的均一性が向上すると予想される。
【００２８】９０゜以外の角度で２つの電磁石を配向さ
せるもう一つの見込まれる理由は、ウエハの周縁のまわ
りに４個以上の電磁石のアレイを用いることができるこ
とである。マグネットの数を増やすことにより、ウエハ
表面上方の磁界パターンを精密に調整することができ、
イオン流束の空間的均一性を最適化することができる。
電磁石が、ウエハを包囲する多角形として配列される場
合は、２つの隣接の電磁石の間の角は１８０゜−（３６
０゜／Ｎ）であり、Ｎは電磁石の数（すなわち多角形の
中の面の数）である。
せるもう一つの見込まれる理由は、ウエハの周縁のまわ
りに４個以上の電磁石のアレイを用いることができるこ
とである。マグネットの数を増やすことにより、ウエハ
表面上方の磁界パターンを精密に調整することができ、
イオン流束の空間的均一性を最適化することができる。
電磁石が、ウエハを包囲する多角形として配列される場
合は、２つの隣接の電磁石の間の角は１８０゜−（３６
０゜／Ｎ）であり、Ｎは電磁石の数（すなわち多角形の
中の面の数）である。
【００２９】また別の代替的な具体例では、２つの電磁
石について、電磁石４０に代えて４０とほぼ同じ場所に
がＮ磁極片、電磁石４２に代えて４２とほぼ同じ場所に
Ｓ磁極片を配置させた場合、本発明の磁界パターンを生
成することができる。このＮ磁極片とＳ磁極片は、永久
磁石や電磁石を含むあらゆるタイプの単一マグネットの
Ｎ極とＳ極に接続することができる。これら２つの磁極
片と共に単一マグネットを使う一つの利点は、これら２
つの磁極片の間でウエハ２０が配置される領域において
磁界の集中度が進む点にある。
石について、電磁石４０に代えて４０とほぼ同じ場所に
がＮ磁極片、電磁石４２に代えて４２とほぼ同じ場所に
Ｓ磁極片を配置させた場合、本発明の磁界パターンを生
成することができる。このＮ磁極片とＳ磁極片は、永久
磁石や電磁石を含むあらゆるタイプの単一マグネットの
Ｎ極とＳ極に接続することができる。これら２つの磁極
片と共に単一マグネットを使う一つの利点は、これら２
つの磁極片の間でウエハ２０が配置される領域において
磁界の集中度が進む点にある。
【００３０】４．２対の直交コイルからの曲線磁界 ここまで説明した２つのコイルの具体例についての我々
の実験では、図２（ａ）の中で示された特定のコイル幾
何学的形状に対して、磁界強度の空間的変化に起因する
電子密度の差がＥｘＢドリフトに起因する差を上回るこ
とを示す。従って、イオン流束の空間的均一性が従来の
磁気励起のプラズマチャンバの上に大きく改善される一
方、点Ｐの近隣のイオン流束は点Ｑの近隣のイオン流束
より大きくなる。
の実験では、図２（ａ）の中で示された特定のコイル幾
何学的形状に対して、磁界強度の空間的変化に起因する
電子密度の差がＥｘＢドリフトに起因する差を上回るこ
とを示す。従って、イオン流束の空間的均一性が従来の
磁気励起のプラズマチャンバの上に大きく改善される一
方、点Ｐの近隣のイオン流束は点Ｑの近隣のイオン流束
より大きくなる。
【００３１】図３（ａ）に示される具体例では、直交コ
イル５０，５２の第２の対を加えることによって空間的
均一性を更に向上させる。コイルの第２の対は点Ｑ近く
の磁界強度を増強して、点Ｐから点Ｑへの磁界強度減少
の率を低減する。好ましくは、２つのコイル対からの結
合された磁界が強さの中で点Ｐから点Ｑまで傾たままと
なるよう、全磁束は、第２のコイル対によって生成され
る全磁束は、第１のコイル対によって生成するそれに較
べて十分に小さくなければならない。換言すれば、第２
のコイル対がこの減少の率を低減しつつも点Ｐから点Ｑ
への磁界強度の減少を排除ないし逆転させることはない
ことが好ましい。第１ないし主のコイル対４０、４２に
より生成した全磁束と第２のコイル対５０、５２により
生成した全磁束の比Ｒ（ここでＲ＞１）は、以下に説明
する手段により、ウエハ２０の表面上方のイオン流束の
空間的均一性を最大にするように調節されるべきであ
る。
イル５０，５２の第２の対を加えることによって空間的
均一性を更に向上させる。コイルの第２の対は点Ｑ近く
の磁界強度を増強して、点Ｐから点Ｑへの磁界強度減少
の率を低減する。好ましくは、２つのコイル対からの結
合された磁界が強さの中で点Ｐから点Ｑまで傾たままと
なるよう、全磁束は、第２のコイル対によって生成され
る全磁束は、第１のコイル対によって生成するそれに較
べて十分に小さくなければならない。換言すれば、第２
のコイル対がこの減少の率を低減しつつも点Ｐから点Ｑ
への磁界強度の減少を排除ないし逆転させることはない
ことが好ましい。第１ないし主のコイル対４０、４２に
より生成した全磁束と第２のコイル対５０、５２により
生成した全磁束の比Ｒ（ここでＲ＞１）は、以下に説明
する手段により、ウエハ２０の表面上方のイオン流束の
空間的均一性を最大にするように調節されるべきであ
る。
【００３２】第２のコイル対５０、５２の何れかは、第
１の対と同じＤＣ電源６０に接続されるか、あるいは、
第２のＤＣ電源６２に接続される。これは後者の方が好
ましいが、その理由は、マイクロコントローラ６５が２
つの電源を調節することによってコイルの２つの対に供
給される電圧又は電流を別々に調節できるようにするか
らである。
１の対と同じＤＣ電源６０に接続されるか、あるいは、
第２のＤＣ電源６２に接続される。これは後者の方が好
ましいが、その理由は、マイクロコントローラ６５が２
つの電源を調節することによってコイルの２つの対に供
給される電圧又は電流を別々に調節できるようにするか
らである。
【００３３】第２の対の２つのコイル５０、５２は互い
に同じものであるが、第１の２つのコイル４０、４２ま
で同一である必要はない。第１のコイル５０は、ウエハ
２０の６時の側（方位角２７０゜）に配置され、ｙ軸に
垂直な方向を有し、ｙ軸に沿う方向を有する（即ちｙ軸
の正方向又は方位角９０゜の）磁界を生成する極性で、
第２のＤＣ電源６２に接続する。第２のコイル５２は、
ウエハ２０の３時の側（方位角０゜）に配置され、ｘ軸
に垂直な方向を有し、ｘ軸と反対の方向を有する（即ち
ｘ軸の負方向又は方位角１８０゜の）磁界を生成する極
性で、第２のＤＣ電源６２に接続する。
に同じものであるが、第１の２つのコイル４０、４２ま
で同一である必要はない。第１のコイル５０は、ウエハ
２０の６時の側（方位角２７０゜）に配置され、ｙ軸に
垂直な方向を有し、ｙ軸に沿う方向を有する（即ちｙ軸
の正方向又は方位角９０゜の）磁界を生成する極性で、
第２のＤＣ電源６２に接続する。第２のコイル５２は、
ウエハ２０の３時の側（方位角０゜）に配置され、ｘ軸
に垂直な方向を有し、ｘ軸と反対の方向を有する（即ち
ｘ軸の負方向又は方位角１８０゜の）磁界を生成する極
性で、第２のＤＣ電源６２に接続する。
【００３４】コイルの第２の対５０、５２は、ウエハ表
面の真上の領域で時計回りの円パターンの磁界を生成す
るが、この領域とは具体的には、プラズマシース及びウ
エハ隣接のプレシースを有する領域のことである。数学
的には、ウエハ表面真上の領域における磁界（▽ｘＢ）
のベクトル「カール(curl)」関数は、ウエハのすぐ植え
のプラズマ本体の方向からウエハ表面に向かって下向き
に向いている。図３では、矢印の先が第２のコイル５２
に向かいこれに到達する円弧５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、
５４ｄによって、時計回りの磁界パターンが表現され
る。これは、第１の対のコイル４０及び４２により生成
した磁界の反時計回りのパターン４４とは反対である。
面の真上の領域で時計回りの円パターンの磁界を生成す
るが、この領域とは具体的には、プラズマシース及びウ
エハ隣接のプレシースを有する領域のことである。数学
的には、ウエハ表面真上の領域における磁界（▽ｘＢ）
のベクトル「カール(curl)」関数は、ウエハのすぐ植え
のプラズマ本体の方向からウエハ表面に向かって下向き
に向いている。図３では、矢印の先が第２のコイル５２
に向かいこれに到達する円弧５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、
５４ｄによって、時計回りの磁界パターンが表現され
る。これは、第１の対のコイル４０及び４２により生成
した磁界の反時計回りのパターン４４とは反対である。
【００３５】ウエハ２０の表面の上方では、コイルの第
２の対からの磁界強度は、ウエハの周縁上の方位角３１
５゜である点Ｑで最大となり、その理由は、この点でコ
イルの第２の対の２つのコイル５０、５２が互いに最も
接近するからである。ウエハの周縁上の方位角１３５゜
である点Ｐでは、コイルの第２の対からの磁界強度は最
小となり、その理由は、この点でコイルの第２の対の２
つのコイルが互いに最も遠くなるからである。
２の対からの磁界強度は、ウエハの周縁上の方位角３１
５゜である点Ｑで最大となり、その理由は、この点でコ
イルの第２の対の２つのコイル５０、５２が互いに最も
接近するからである。ウエハの周縁上の方位角１３５゜
である点Ｐでは、コイルの第２の対からの磁界強度は最
小となり、その理由は、この点でコイルの第２の対の２
つのコイルが互いに最も遠くなるからである。
【００３６】図３（ｂ）は、図３（ａ）とは異なる代替
的な具体例を例示するが、ここでは、４つのコイルが一
緒になって八角形の横断面を有するよう、各コイルの側
部は、４５゜の角度に内側に曲げらる。この具体例は、
コイルを側壁が八角形の外部表面を有するプロセスチャ
ンバの側壁１２の上で装着するのを容易にするために設
計されたものである。そのようなプロセスチャンバの例
が、米国特許5,215,619号（6/1/93発行、Chengら）及び
米国特許5,225,024号（7/6/93発行、Hanleyら）に記載
されている。
的な具体例を例示するが、ここでは、４つのコイルが一
緒になって八角形の横断面を有するよう、各コイルの側
部は、４５゜の角度に内側に曲げらる。この具体例は、
コイルを側壁が八角形の外部表面を有するプロセスチャ
ンバの側壁１２の上で装着するのを容易にするために設
計されたものである。そのようなプロセスチャンバの例
が、米国特許5,215,619号（6/1/93発行、Chengら）及び
米国特許5,225,024号（7/6/93発行、Hanleyら）に記載
されている。
【００３７】このように八角形の形状とする目的は単に
方形のチャンバで実現されるよりも多くのチャンバを詰
めて設置し易いからであり、このことにより装置が占め
る床面積を最小にするのである。この八角形の形状は、
磁界パターンを改良するために選択されたわけではな
い。
方形のチャンバで実現されるよりも多くのチャンバを詰
めて設置し易いからであり、このことにより装置が占め
る床面積を最小にするのである。この八角形の形状は、
磁界パターンを改良するために選択されたわけではな
い。
【００３８】コイル５０，５２の第２ないし「２次的
な」対は、コイル４０、４２の第１ないし「主の」対よ
り弱い磁界を生成するように設計又は調整される。例え
ば、Ｒ倍大きな磁界を発生させるため、第１の対のコイ
ル４０、４２それぞれのワイヤの巻き数は、第２の対の
コイル５０、５２それぞれの巻き数よりＲ倍大きくても
よい。より好ましくは、コイルの第１の対と第２の対は
同じであるが、第１の対は第１の電源６０に、第２の対
は第２のＤＣ電源６２にそれぞれ接続され、また、第１
の電源６０により第１のコイル対４０、４２に供給され
る電流が第２の電源６２により第２のコイル５０、５２
に供給される電流のＲ倍大きくなるように、コントロー
ラ６５はこれら２つの電源の一方又は何れかを調節す
る。
な」対は、コイル４０、４２の第１ないし「主の」対よ
り弱い磁界を生成するように設計又は調整される。例え
ば、Ｒ倍大きな磁界を発生させるため、第１の対のコイ
ル４０、４２それぞれのワイヤの巻き数は、第２の対の
コイル５０、５２それぞれの巻き数よりＲ倍大きくても
よい。より好ましくは、コイルの第１の対と第２の対は
同じであるが、第１の対は第１の電源６０に、第２の対
は第２のＤＣ電源６２にそれぞれ接続され、また、第１
の電源６０により第１のコイル対４０、４２に供給され
る電流が第２の電源６２により第２のコイル５０、５２
に供給される電流のＲ倍大きくなるように、コントロー
ラ６５はこれら２つの電源の一方又は何れかを調節す
る。
【００３９】図４は、ここまで図３（ｂ）で説明した直
径２００ｍｍのウエハにおいて中心及び周縁上の４点に
おける磁界強度の測定を示す。4つのコイルのそれぞれ
は、同じであった。各コイルのワイヤは３００巻きであ
り、チップとチップの間の長さは３３ｃｍであった。各
コイルのまっすぐな中心の部分は、長さ２９ｃｍであっ
た。ウエハの反対側にあるコイル同士の間隔（例えば、
コイル４２と５０の間隔）は、３６ｃｍであった。これ
らの測定に対して、第１の電源６０は第１の対のコイル
に４Ａの電流を与え、第２の電源６２は第２の対のコイ
ルに、電流１Ａを与えた（従って、Ｒ＝４）。
径２００ｍｍのウエハにおいて中心及び周縁上の４点に
おける磁界強度の測定を示す。4つのコイルのそれぞれ
は、同じであった。各コイルのワイヤは３００巻きであ
り、チップとチップの間の長さは３３ｃｍであった。各
コイルのまっすぐな中心の部分は、長さ２９ｃｍであっ
た。ウエハの反対側にあるコイル同士の間隔（例えば、
コイル４２と５０の間隔）は、３６ｃｍであった。これ
らの測定に対して、第１の電源６０は第１の対のコイル
に４Ａの電流を与え、第２の電源６２は第２の対のコイ
ルに、電流１Ａを与えた（従って、Ｒ＝４）。
【００４０】この比Ｒは、ウエハ２０に衝突するイオン
流束の空間的均一性を最大にするように調節されるべき
である。点Ｑよりも点Ｐの方が磁界強度が高いため点Ｐ
の近くでイオン発生の速度が大きくなることにより、プ
ラズマシース中で点Ｐから点ＱへのイオンのＥｘＢドリ
フトがオフセットになる場合に、均一性は最大になる。
流束の空間的均一性を最大にするように調節されるべき
である。点Ｑよりも点Ｐの方が磁界強度が高いため点Ｐ
の近くでイオン発生の速度が大きくなることにより、プ
ラズマシース中で点Ｐから点ＱへのイオンのＥｘＢドリ
フトがオフセットになる場合に、均一性は最大になる。
【００４１】我々は、プラズマチャンバの中で実行でき
る様々なプロセスに対して、ウエハに衝突するイオン流
束の空間的均一性を最適化する比Ｒの値を見出した。特
に、下記に説明するように、Ｒに対する最適値がチャン
バ圧力に依存すること我々は見出した。従って、本発明
の磁気励起方法を用いて従来のプラズマエッチングプロ
セスやプラズマＣＶＤプロセスを改良する場合は、第１
のコイル対と第２のコイル対に異なるレベルの電流を供
給するように調節された２つの電源を用いて、一連のウ
エハに所望のエッチングプロセスやＣＶＤプロセスを行
うことを推奨する。ウエハそれぞれへのエッチング又は
堆積の空間的均一性は、従来のレーザー干渉計を用いて
測定することができる。プロセス速度と空間的均一性の
最高の組合わせを実現するコイル電流の値は、この測定
値に基づいて選択することができる。
る様々なプロセスに対して、ウエハに衝突するイオン流
束の空間的均一性を最適化する比Ｒの値を見出した。特
に、下記に説明するように、Ｒに対する最適値がチャン
バ圧力に依存すること我々は見出した。従って、本発明
の磁気励起方法を用いて従来のプラズマエッチングプロ
セスやプラズマＣＶＤプロセスを改良する場合は、第１
のコイル対と第２のコイル対に異なるレベルの電流を供
給するように調節された２つの電源を用いて、一連のウ
エハに所望のエッチングプロセスやＣＶＤプロセスを行
うことを推奨する。ウエハそれぞれへのエッチング又は
堆積の空間的均一性は、従来のレーザー干渉計を用いて
測定することができる。プロセス速度と空間的均一性の
最高の組合わせを実現するコイル電流の値は、この測定
値に基づいて選択することができる。
【００４２】下記に説明するように、磁界パターンがウ
エハに対して回転する場合は、上記の空間的均一性の試
験を実行している間は、この回転を停止させなければな
らない。そうでなければ、この回転が、方位的に平均化
する効果を発揮し、プロセスの瞬間的な非均一性を偽装
的なものとするだろう。
エハに対して回転する場合は、上記の空間的均一性の試
験を実行している間は、この回転を停止させなければな
らない。そうでなければ、この回転が、方位的に平均化
する効果を発揮し、プロセスの瞬間的な非均一性を偽装
的なものとするだろう。
【００４３】また別の代替的な具体例では、２つの主の
電磁石について、電磁石４０に代えて４０とほぼ同じ場
所にがＮ磁極片、電磁石４２に代えて４２とほぼ同じ場
所にＳ磁極片を配置させた場合、本発明の磁界パターン
を生成することができる。このＮ磁極片とＳ磁極片は、
永久磁石や電磁石を含むあらゆるタイプの単一マグネッ
トのＮ極とＳ極に接続することができる。同様に、２つ
の２次的な電磁石について、電磁石５０に代えて５０と
ほぼ同じ場所にがＮ磁極片、電磁石５２に代えて５２と
ほぼ同じ場所にＳ磁極片を配置させた場合、本発明の磁
界パターンを生成することができる。この２次的なＮ磁
極片とＳ磁極片は、あらゆるタイプの単一マグネットの
Ｎ極とＳ極に接続することができ、これは２次マグネッ
トと呼ぶことができる。主のマグネットの磁力強度は、
２次的のマグネットのそれよりＲ倍大きくあるべきであ
る。
電磁石について、電磁石４０に代えて４０とほぼ同じ場
所にがＮ磁極片、電磁石４２に代えて４２とほぼ同じ場
所にＳ磁極片を配置させた場合、本発明の磁界パターン
を生成することができる。このＮ磁極片とＳ磁極片は、
永久磁石や電磁石を含むあらゆるタイプの単一マグネッ
トのＮ極とＳ極に接続することができる。同様に、２つ
の２次的な電磁石について、電磁石５０に代えて５０と
ほぼ同じ場所にがＮ磁極片、電磁石５２に代えて５２と
ほぼ同じ場所にＳ磁極片を配置させた場合、本発明の磁
界パターンを生成することができる。この２次的なＮ磁
極片とＳ磁極片は、あらゆるタイプの単一マグネットの
Ｎ極とＳ極に接続することができ、これは２次マグネッ
トと呼ぶことができる。主のマグネットの磁力強度は、
２次的のマグネットのそれよりＲ倍大きくあるべきであ
る。
【００４４】比較例 我々は、第１のコイル対を流れる電流と第２のコイル対
（第１のコイルと同じ）を流れる電流の比Ｒの異なるプ
ラズマエッチングプロセスに対し、直径２００ｍｍのシ
リコンウエハ上の酸化シリコン層のエッチングについて
空間的均一性を測定した。各ケースにおいて、プロセス
ガス混合物は、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ、ＣＦ4が１５ｓ
ｃｃｍ、Ａｒが１５０ｓｃｃｍから成っていた。このチ
ャンバは、図１に示されたと同様の容量結合のデザイン
であり、また、そして、カソード２２とアノード１８の
間に接続されるＲＦ電源２４は、１３．５６ＭＨｚの周
波数で１０００ワットのＲＦ動力を供給するよう調節さ
れた。干渉計(interferometer)により、ウエハ表面の上
に一様に分布する２２５点における酸化物層の厚さを測
定した。我々は、２２５個の厚さ測定値の標準偏差（１
シグマ）と、最大厚さ及び最小厚さと平均厚さとの間の
差とに基づき、瞬間的なエッチング速度の空間的均一性
を判断した。
（第１のコイルと同じ）を流れる電流の比Ｒの異なるプ
ラズマエッチングプロセスに対し、直径２００ｍｍのシ
リコンウエハ上の酸化シリコン層のエッチングについて
空間的均一性を測定した。各ケースにおいて、プロセス
ガス混合物は、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ、ＣＦ4が１５ｓ
ｃｃｍ、Ａｒが１５０ｓｃｃｍから成っていた。このチ
ャンバは、図１に示されたと同様の容量結合のデザイン
であり、また、そして、カソード２２とアノード１８の
間に接続されるＲＦ電源２４は、１３．５６ＭＨｚの周
波数で１０００ワットのＲＦ動力を供給するよう調節さ
れた。干渉計(interferometer)により、ウエハ表面の上
に一様に分布する２２５点における酸化物層の厚さを測
定した。我々は、２２５個の厚さ測定値の標準偏差（１
シグマ）と、最大厚さ及び最小厚さと平均厚さとの間の
差とに基づき、瞬間的なエッチング速度の空間的均一性
を判断した。
【００４５】この一連の試験において、瞬間的なエッチ
ング速度均一性について、図２のコイル２本の具体例
と、図３（ｂ）のコイル４本の具体例とを比較した。チ
ャンバ圧力が２００ｍＴ、磁界がウエハ中心で約３０Ｇ
（一次コイル４０、４２のそれぞれへの電流が４Ａ）の
条件で、１シグマエッチング速度非均一性について、コ
イル２本の具体例では１０．６％と測定され、これはコ
イル４本の具体例においてＲ＝４で６．９％、Ｒ＝６．
７で７．４％と比較された。従って、約３０％だけ瞬間
的なエッチング速度均一性が改善されているため、図３
（ｂ）のコイル４本の具体例は、図２のコイル２本の具
体例より優れている。
ング速度均一性について、図２のコイル２本の具体例
と、図３（ｂ）のコイル４本の具体例とを比較した。チ
ャンバ圧力が２００ｍＴ、磁界がウエハ中心で約３０Ｇ
（一次コイル４０、４２のそれぞれへの電流が４Ａ）の
条件で、１シグマエッチング速度非均一性について、コ
イル２本の具体例では１０．６％と測定され、これはコ
イル４本の具体例においてＲ＝４で６．９％、Ｒ＝６．
７で７．４％と比較された。従って、約３０％だけ瞬間
的なエッチング速度均一性が改善されているため、図３
（ｂ）のコイル４本の具体例は、図２のコイル２本の具
体例より優れている。
【００４６】図３（ｂ）のコイル４本の具体例において
Ｒの最適値を決定するため、我々は、ウエハの中心にお
ける磁界強度が２０Ｇと６０Ｇの場合について、Ｒ＝
３．３とＲ＝５に対する付加試験を実行した。２０Ｇの
試験では、瞬間的なエッチング速度の１シグマ不均一性
は、Ｒ＝３．３で５．４％、Ｒ＝５で４．７％であっ
た。６０Ｇの試験では、この不均一性はＲ＝３．３で
８．５％、Ｒ＝５で７．４％であった。これらの試験で
は、チャンバ圧力が２００ｍＴのエッチングプロセスに
対して、不均一性がＲ＝３．３とＲ＝６．７について増
加したので、Ｒの最適値は、約４〜５であると示唆され
る。
Ｒの最適値を決定するため、我々は、ウエハの中心にお
ける磁界強度が２０Ｇと６０Ｇの場合について、Ｒ＝
３．３とＲ＝５に対する付加試験を実行した。２０Ｇの
試験では、瞬間的なエッチング速度の１シグマ不均一性
は、Ｒ＝３．３で５．４％、Ｒ＝５で４．７％であっ
た。６０Ｇの試験では、この不均一性はＲ＝３．３で
８．５％、Ｒ＝５で７．４％であった。これらの試験で
は、チャンバ圧力が２００ｍＴのエッチングプロセスに
対して、不均一性がＲ＝３．３とＲ＝６．７について増
加したので、Ｒの最適値は、約４〜５であると示唆され
る。
【００４７】我々は、７５のｍＴのチャンバ圧力と約２
０Ｇ及び約６０Ｇの磁界で、これらの試験を繰り返し
た。２０Ｇの試験において、不均一性は、Ｒ＝３．３で
は４．７％、Ｒ＝５では６．７％であった。６０Ｇの試
験では、不均一性はＲ＝３．３では７．１％、Ｒ＝５で
は１０．０％であった。７５ｍＴチャンバ圧力でのエッ
チングプロセスに対して、これらの試験では、不均一性
についてＲ＝５よりもＲ＝３．３の方が良好であったこ
とを示唆しており、これは２００ｍＴでの結果とは反対
である。従って、Ｒのための最適値の設定はチャンバ圧
力に依存する。
０Ｇ及び約６０Ｇの磁界で、これらの試験を繰り返し
た。２０Ｇの試験において、不均一性は、Ｒ＝３．３で
は４．７％、Ｒ＝５では６．７％であった。６０Ｇの試
験では、不均一性はＲ＝３．３では７．１％、Ｒ＝５で
は１０．０％であった。７５ｍＴチャンバ圧力でのエッ
チングプロセスに対して、これらの試験では、不均一性
についてＲ＝５よりもＲ＝３．３の方が良好であったこ
とを示唆しており、これは２００ｍＴでの結果とは反対
である。従って、Ｒのための最適値の設定はチャンバ圧
力に依存する。
【００４８】５．時計回りの曲線を有する磁界 図２及び図３のそれぞれにおいて示される本発明の具体
例では、磁界強度が最大の点Ｐに対して反時計回りの曲
線を有している磁界パターンを採用する。図５で示され
るまた別の具体例では、ウエハ２０の表面の近くの磁界
パターン（ウエハの上から見た場合が、磁界曲線５６ａ
〜５６ｄによって表現される）は、磁界強度が最小の点
Ｑに対して時計回りの曲線を有している。ここで数学的
には、ウエハ表面の真上における磁界のベクトル「カー
ル(curl)」関数（▽ｘＢ）は、ウエハの真上のプラズマ
本体の方向からウエハに向けて下向きである。
例では、磁界強度が最大の点Ｐに対して反時計回りの曲
線を有している磁界パターンを採用する。図５で示され
るまた別の具体例では、ウエハ２０の表面の近くの磁界
パターン（ウエハの上から見た場合が、磁界曲線５６ａ
〜５６ｄによって表現される）は、磁界強度が最小の点
Ｑに対して時計回りの曲線を有している。ここで数学的
には、ウエハ表面の真上における磁界のベクトル「カー
ル(curl)」関数（▽ｘＢ）は、ウエハの真上のプラズマ
本体の方向からウエハに向けて下向きである。
【００４９】図２と３の具体例とは対称的に、図５の具
体例では、磁界強度は磁界曲線の中心の近くで最も弱
く、曲線中心から離れるにつれて次第に増加する。この
４つの例示磁界曲線５６ａ〜５６ｄでは、磁界は磁界線
５６ａに沿って最も強く、磁界曲線５６ｂ、５６ｃ、５
６ｄとなるに従い次第に弱くなる。
体例では、磁界強度は磁界曲線の中心の近くで最も弱
く、曲線中心から離れるにつれて次第に増加する。この
４つの例示磁界曲線５６ａ〜５６ｄでは、磁界は磁界線
５６ａに沿って最も強く、磁界曲線５６ｂ、５６ｃ、５
６ｄとなるに従い次第に弱くなる。
【００５０】図５でＥｘＢベクトルで説明されるよう
に、この時計回りの磁界パターンにより、磁界線に直交
する方向でプラズマプレシース中の自由電子のＥｘＢド
リフトが発生する。より具体的には、ウエハ表面上の異
なるＥｘＢベクトルは異なる方向を指向するが、これら
常に、最大強度の磁界線５６ａから離れるように且つ最
低強度磁界線５６ｄの方に向かうように指向する。例え
ば、自由電子のＥｘＢドリフトは、最大の磁界強度の点
Ｐから離れるように且つ最低の磁界強度の点Ｑの方に向
いている。
に、この時計回りの磁界パターンにより、磁界線に直交
する方向でプラズマプレシース中の自由電子のＥｘＢド
リフトが発生する。より具体的には、ウエハ表面上の異
なるＥｘＢベクトルは異なる方向を指向するが、これら
常に、最大強度の磁界線５６ａから離れるように且つ最
低強度磁界線５６ｄの方に向かうように指向する。例え
ば、自由電子のＥｘＢドリフトは、最大の磁界強度の点
Ｐから離れるように且つ最低の磁界強度の点Ｑの方に向
いている。
【００５１】この磁界強度の変化により、プレシースの
中で点Ｐの近傍で最大電子密度が発生し、プレシース中
の点Ｑの近傍で最低電子密度が発生する傾向がある。し
かし、ＥｘＢベクトルの配向は、反対の結果（即ちプレ
シース中で点Ｐ近傍では最低電子密度、点Ｑの近傍では
最大電子密度）を生成する傾向がある。従って、磁界強
度変化の効果とＥｘＢドリフトの効果は、互に相殺し合
う傾向があり、このため、ウエハ表面に隣接のプレシー
スの中で、自由電子の瞬間的分布の空間的一様性が高く
なる。
中で点Ｐの近傍で最大電子密度が発生し、プレシース中
の点Ｑの近傍で最低電子密度が発生する傾向がある。し
かし、ＥｘＢベクトルの配向は、反対の結果（即ちプレ
シース中で点Ｐ近傍では最低電子密度、点Ｑの近傍では
最大電子密度）を生成する傾向がある。従って、磁界強
度変化の効果とＥｘＢドリフトの効果は、互に相殺し合
う傾向があり、このため、ウエハ表面に隣接のプレシー
スの中で、自由電子の瞬間的分布の空間的一様性が高く
なる。
【００５２】６．線形磁界パターン 図６は、本発明のもう一つの具体例を例示し、ここで
は、ウエハ２０の表面上方の磁界は曲線ではなく直線的
である。より具体的には、ウエハ表面（の上の全ての点
の上方では、磁界線はｘ‐軸方向に指向しており、即ち
方位角方向が０゜である。従って、磁界曲線５８ａ〜５
８ｄは、ｘ‐軸に平行である。
は、ウエハ２０の表面上方の磁界は曲線ではなく直線的
である。より具体的には、ウエハ表面（の上の全ての点
の上方では、磁界線はｘ‐軸方向に指向しており、即ち
方位角方向が０゜である。従って、磁界曲線５８ａ〜５
８ｄは、ｘ‐軸に平行である。
【００５３】しかし、この磁界は均一でない。磁界強度
は、ｙ‐軸の方向に沿って漸次増加する。図６を参照す
れば、磁界強度は最高のｙ‐座標を有している磁界線５
８ａに沿って最高であり、そして、磁界強度は最小のｙ
‐座標を有している磁界線５８ｄに沿って最小である。
従って、ウエハ表面上で磁界強度が最高となる場所は、
ウエハ周縁上の１２時の位置（方位角９０゜）である点
Ｐである。同様に、ウエハ表面上で磁界強度が最小とな
る場所は、ウエハ周縁上の６時の位置（方位角２７０
゜）である点Ｑである。
は、ｙ‐軸の方向に沿って漸次増加する。図６を参照す
れば、磁界強度は最高のｙ‐座標を有している磁界線５
８ａに沿って最高であり、そして、磁界強度は最小のｙ
‐座標を有している磁界線５８ｄに沿って最小である。
従って、ウエハ表面上で磁界強度が最高となる場所は、
ウエハ周縁上の１２時の位置（方位角９０゜）である点
Ｐである。同様に、ウエハ表面上で磁界強度が最小とな
る場所は、ウエハ周縁上の６時の位置（方位角２７０
゜）である点Ｑである。
【００５４】ウエハ表面上のあらゆる点において磁界ベ
クトルＢがｘ‐軸方向（方位角０゜の方向）に指向して
いるため、ウエハ表面上のあらゆる点においてＥｘＢベ
クトルはｙ‐軸の負方向（方位角２７０゜の方向）に指
向する。従って、ＥｘＢドリフトは、プラズマプレシー
ス中でｙ‐軸の負方向に向かって自由電子密度を増加さ
せる傾向があるだろう。一方、磁界強度は正のｙ‐軸方
向の方に向かって最大となり、このため、プレシース中
でｙ‐軸の正方向のに向かって自由電子密度を増加させ
る傾向がある。したがって、この磁界強度の空間的差と
ＥｘＢドリフトとは、これらの蓄積効果において、プラ
ズマプレシース中の自由電子密度の空間的分布について
互に相殺し合う傾向がある。この結果、自由電子の空間
的分布がより均一になり、またこれに対応して、ウエハ
表面に衝突するイオン流束の瞬間的な空間的分布がより
均一になる。
クトルＢがｘ‐軸方向（方位角０゜の方向）に指向して
いるため、ウエハ表面上のあらゆる点においてＥｘＢベ
クトルはｙ‐軸の負方向（方位角２７０゜の方向）に指
向する。従って、ＥｘＢドリフトは、プラズマプレシー
ス中でｙ‐軸の負方向に向かって自由電子密度を増加さ
せる傾向があるだろう。一方、磁界強度は正のｙ‐軸方
向の方に向かって最大となり、このため、プレシース中
でｙ‐軸の正方向のに向かって自由電子密度を増加させ
る傾向がある。したがって、この磁界強度の空間的差と
ＥｘＢドリフトとは、これらの蓄積効果において、プラ
ズマプレシース中の自由電子密度の空間的分布について
互に相殺し合う傾向がある。この結果、自由電子の空間
的分布がより均一になり、またこれに対応して、ウエハ
表面に衝突するイオン流束の瞬間的な空間的分布がより
均一になる。
【００５５】７．ワークピースに対する回転磁界 上述の本発明の代替的なあらゆる態様においては、ワー
クピースに対して行われるプラズマ励起製造プロセスの
半径方向の均一性を長期的な時平均につき改善する目的
で、ワークピースに対して磁界を低速で回転させてもよ
い。例えば、エッチングプロセスでは、回転はバイア及
びその他のステップ状の表面形状におけるエッチング速
度、エッチング選択性とエッチングプロファイルの長期
的な時平均の均一性を改善する。ワークピースと磁界の
間の相対的な回転は、先行技術においては、半導体製造
のための磁気励起プラズマシステムに従来から用いられ
ている。
クピースに対して行われるプラズマ励起製造プロセスの
半径方向の均一性を長期的な時平均につき改善する目的
で、ワークピースに対して磁界を低速で回転させてもよ
い。例えば、エッチングプロセスでは、回転はバイア及
びその他のステップ状の表面形状におけるエッチング速
度、エッチング選択性とエッチングプロファイルの長期
的な時平均の均一性を改善する。ワークピースと磁界の
間の相対的な回転は、先行技術においては、半導体製造
のための磁気励起プラズマシステムに従来から用いられ
ている。
【００５６】ワークピース又はマグネットを、機械的に
回転してもよい。
回転してもよい。
【００５７】更に好ましくは、ワークピースの軸を囲む
ように配置されワークピースの方位角の周りに均一に間
隔をおく電磁石コイルのアレイによって、磁界が発生す
る場合は、磁界を機械的にではなく電気的に回転させて
もよい。ここで２つの実施例について、ワークピース２
０のまわりに９０゜の方位角の間隔で間隔をおく４つの
コイル４０、４２、５２、５０を有する具体例が、図３
（ａ）及び３（ｂ）に示される。
ように配置されワークピースの方位角の周りに均一に間
隔をおく電磁石コイルのアレイによって、磁界が発生す
る場合は、磁界を機械的にではなく電気的に回転させて
もよい。ここで２つの実施例について、ワークピース２
０のまわりに９０゜の方位角の間隔で間隔をおく４つの
コイル４０、４２、５２、５０を有する具体例が、図３
（ａ）及び３（ｂ）に示される。
【００５８】具体的には、ＤＣ電源６０と６２がそれぞ
れのコイルに供給する電流と、コイルのアレイとの対応
関係を定期的にシフトすることによって、磁界を電気的
に回転することができる。例えば、初期時間Ｔ1の間、
電源がコイル４０には電流Ｉ1を、コイル４２には電流
Ｉ2を、コイル５２には電流Ｉ3を、コイル５０には電流
Ｉ4を、それぞれ供給する場合を想定する。磁界を回転
するためには、第２の時間Ｔ2の間、電源は、コイル４
０には電流Ｉ2を、コイル４２には電流Ｉ3を、コイル５
２には電流Ｉ4を、コイル５０には電流Ｉ1を、それぞれ
供給する。同様に、第３の時間Ｔ3の間、４つのコイル
に供給される電流はコイルの上記順に、Ｉ3、Ｉ4、
Ｉ1、Ｉ2であり、第４の時間Ｔ4では順に、Ｉ4、Ｉ1、
Ｉ2、Ｉ3であり、第５の時間Ｔ5では、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、
Ｉ4と初期時間Ｔ1と同じものである。以下の説明のた
め、これらの「時間」は、「回転のステップ」と称する
ことにする。
れのコイルに供給する電流と、コイルのアレイとの対応
関係を定期的にシフトすることによって、磁界を電気的
に回転することができる。例えば、初期時間Ｔ1の間、
電源がコイル４０には電流Ｉ1を、コイル４２には電流
Ｉ2を、コイル５２には電流Ｉ3を、コイル５０には電流
Ｉ4を、それぞれ供給する場合を想定する。磁界を回転
するためには、第２の時間Ｔ2の間、電源は、コイル４
０には電流Ｉ2を、コイル４２には電流Ｉ3を、コイル５
２には電流Ｉ4を、コイル５０には電流Ｉ1を、それぞれ
供給する。同様に、第３の時間Ｔ3の間、４つのコイル
に供給される電流はコイルの上記順に、Ｉ3、Ｉ4、
Ｉ1、Ｉ2であり、第４の時間Ｔ4では順に、Ｉ4、Ｉ1、
Ｉ2、Ｉ3であり、第５の時間Ｔ5では、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、
Ｉ4と初期時間Ｔ1と同じものである。以下の説明のた
め、これらの「時間」は、「回転のステップ」と称する
ことにする。
【００５９】前のパラグラフで説明したように、電気的
回転は、４本のコイルそれぞれに独立制御可能な４つの
電源を接続して４本のコイルそれぞれに電流を供給こと
により、最も容易に実現される。この４つの電源は、１
つのマイクロコントローラ６５によって制御されてもよ
い。４つの電源は、１つの供給源ユニットにおける独立
制御可能な４つの出力チャンネルであってもよい。各Ｄ
Ｃ電源の出力電流を制御する従来のマイクロコントロー
ラ６５の直接的なプログラミングによって回転を実現す
ることができる。
回転は、４本のコイルそれぞれに独立制御可能な４つの
電源を接続して４本のコイルそれぞれに電流を供給こと
により、最も容易に実現される。この４つの電源は、１
つのマイクロコントローラ６５によって制御されてもよ
い。４つの電源は、１つの供給源ユニットにおける独立
制御可能な４つの出力チャンネルであってもよい。各Ｄ
Ｃ電源の出力電流を制御する従来のマイクロコントロー
ラ６５の直接的なプログラミングによって回転を実現す
ることができる。
【００６０】図７（ａ）〜７（ｄ）は、図３（ａ）又は
図３（ｂ）の曲線の磁界を改善して、前の２パラグラフ
で説明される回転方法を含めることができる場合におい
て、４つのＤＣ電源がそれぞれ４つの電磁石コイル４
０、４２、５２と５０に印加する電流の波形を表す図で
ある。図７は、Ｒ＝５、Ｉ1=＋４Ａ、Ｉ2＝−４Ａ、Ｉ3
＝−０．８Ａ、Ｉ4＝＋０．８Ａの場合の波形を示して
いる。
図３（ｂ）の曲線の磁界を改善して、前の２パラグラフ
で説明される回転方法を含めることができる場合におい
て、４つのＤＣ電源がそれぞれ４つの電磁石コイル４
０、４２、５２と５０に印加する電流の波形を表す図で
ある。図７は、Ｒ＝５、Ｉ1=＋４Ａ、Ｉ2＝−４Ａ、Ｉ3
＝−０．８Ａ、Ｉ4＝＋０．８Ａの場合の波形を示して
いる。
【００６１】一般に、２次的な電磁石の各々を通る電流
フローが１規格化電流単位と考えるならば、主の電磁石
の各々を通る電流フローはＲ電流単位となる。何れかの
回転ステップＴiから次の回転ステップＴi+1への遷移の
時点では、電流フローの４つの遷移１０１〜１０４が、
４つのそれぞれの電磁石に存在するだろう。図７の転移
１０１で表現されるように、何れの電磁石がその電源か
ら受ける場合でも、ステップＴiの＋Ｒ電流はステップ
Ｔi+1で−Ｒ電流に遷移するだろう。もう一つの電磁石
は、−Ｒから−１へ遷移１０２を経る。３番めの電磁石
は、−１から＋１へ遷移１０３を経る。４番めの電磁石
は、＋１から＋Ｒへ転移１０４を経る。各遷移は、４つ
の電磁石コイルに接続されたそれぞれの電源を制御して
いる制御装置６５によって実現される。
フローが１規格化電流単位と考えるならば、主の電磁石
の各々を通る電流フローはＲ電流単位となる。何れかの
回転ステップＴiから次の回転ステップＴi+1への遷移の
時点では、電流フローの４つの遷移１０１〜１０４が、
４つのそれぞれの電磁石に存在するだろう。図７の転移
１０１で表現されるように、何れの電磁石がその電源か
ら受ける場合でも、ステップＴiの＋Ｒ電流はステップ
Ｔi+1で−Ｒ電流に遷移するだろう。もう一つの電磁石
は、−Ｒから−１へ遷移１０２を経る。３番めの電磁石
は、−１から＋１へ遷移１０３を経る。４番めの電磁石
は、＋１から＋Ｒへ転移１０４を経る。各遷移は、４つ
の電磁石コイルに接続されたそれぞれの電源を制御して
いる制御装置６５によって実現される。
【００６２】この電気的回転は、前に引用したChengら
の米国特許第５，２１５，６１９号に記載したプラズマ
エッチングチャンバの等の先行技術の磁気励起プラズマ
システムで従来から行われている。従来においては、回
転数は約０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚである。
の米国特許第５，２１５，６１９号に記載したプラズマ
エッチングチャンバの等の先行技術の磁気励起プラズマ
システムで従来から行われている。従来においては、回
転数は約０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚである。
【００６３】このような低速の回転では、本発明によっ
て言及された基本的な性能指標であるワークピース２０
上のイオン流束の空間的分布の瞬間的な均一性を改善す
るものではない。それにもかかわらず、低速の回転は一
般には、エッチングや堆積等のワークピース上で実行さ
れる半導体製造プロセスの長期間時平均の空間的均一性
を改善するために望ましい。
て言及された基本的な性能指標であるワークピース２０
上のイオン流束の空間的分布の瞬間的な均一性を改善す
るものではない。それにもかかわらず、低速の回転は一
般には、エッチングや堆積等のワークピース上で実行さ
れる半導体製造プロセスの長期間時平均の空間的均一性
を改善するために望ましい。
【００６４】典型的には、回転数を上げれば、低速の回
転数の場合よりも、プロセスの時平均の均一性が改善さ
れる。しかし、各電磁石コイルのインダクタンスによ
り、このコイルを通る電流波形の立ち上がり時間に起因
して相殺効果が生じるという不利益が生じないところま
で上げることができる回転数が、制限される（電源６
０、６２が電圧制御型の場合、コイルのいずれか１つを
通る電流の立上り時間は、コイルのインダクタンスを、
電源出力とコイルの間の抵抗（そのコイル自体の抵抗と
電源の出力抵抗を含めた）で除したものに比例する。電
源６０、６２が電流制御型の場合は、コイルのいずれか
１つを通る電流の立上り時間は、コイルのインダクタン
スを、電源６０、６２がコイルに提供することができる
最大の電圧で除したものに比例する。）。
転数の場合よりも、プロセスの時平均の均一性が改善さ
れる。しかし、各電磁石コイルのインダクタンスによ
り、このコイルを通る電流波形の立ち上がり時間に起因
して相殺効果が生じるという不利益が生じないところま
で上げることができる回転数が、制限される（電源６
０、６２が電圧制御型の場合、コイルのいずれか１つを
通る電流の立上り時間は、コイルのインダクタンスを、
電源出力とコイルの間の抵抗（そのコイル自体の抵抗と
電源の出力抵抗を含めた）で除したものに比例する。電
源６０、６２が電流制御型の場合は、コイルのいずれか
１つを通る電流の立上り時間は、コイルのインダクタン
スを、電源６０、６２がコイルに提供することができる
最大の電圧で除したものに比例する。）。
【００６５】回転数が非常に高くそのため各回転ステッ
プの所要時間がコイル電流の立ち上がり時間の５〜１０
倍未満となるような場合は、次の２つの望ましくない結
果が生じることがある。望ましくない結果の１つは、電
流を定常状態値まで上昇させるために時間を要すること
から、各コイルを通る電流の時平均が減少することであ
る。
プの所要時間がコイル電流の立ち上がり時間の５〜１０
倍未満となるような場合は、次の２つの望ましくない結
果が生じることがある。望ましくない結果の１つは、電
流を定常状態値まで上昇させるために時間を要すること
から、各コイルを通る電流の時平均が減少することであ
る。
【００６６】第２の望ましくない結果は、一部のコイル
を流れる電流が上昇しその他のコイルを流れる電流が降
下すれば、各回転ステップの開始時における立ち上がり
時間に、プラズマシースでの磁界の強度が変化し得るこ
とである。磁界強度が少しでも変化すれば、プラズマシ
ースの近傍でイオン密度が変化し、これにより、ＲＦ電
源２４が電力を供給する必要があるプラズマ負荷の全イ
ンピーダンスを変える。ＲＦ電源の出力回路は一般に、
ＲＦインピーダンス整合回路網を有しており、これは、
実際のプラズマ負荷インピーダンスに整合するように調
節されなければならない。ＲＦインピーダンス整合回路
網は、変化し続ける負荷インピーダンスを自動的に制御
することができるが、これらは典型的には、新しいイン
ピーダンス適応するために数十〜数百ミリ秒が必要であ
る。従って、各回転ステップの開始時に、ＲＦ電源２４
の出力インピーダンスがプラズマ負荷インピーダンスに
ミスマッチしている期間が存在するだろう。このような
インピーダンス不整合から大きな定在波比（ＳＷＲ:sta
nding wave ratio）が発生してプラズマに印加されるＲ
Ｆの電力及び電圧を変化させることがあり、これがプラ
ズマプロセスを思わぬ方向へと変え、あるいはプラズマ
を不安定にする場合もある。
を流れる電流が上昇しその他のコイルを流れる電流が降
下すれば、各回転ステップの開始時における立ち上がり
時間に、プラズマシースでの磁界の強度が変化し得るこ
とである。磁界強度が少しでも変化すれば、プラズマシ
ースの近傍でイオン密度が変化し、これにより、ＲＦ電
源２４が電力を供給する必要があるプラズマ負荷の全イ
ンピーダンスを変える。ＲＦ電源の出力回路は一般に、
ＲＦインピーダンス整合回路網を有しており、これは、
実際のプラズマ負荷インピーダンスに整合するように調
節されなければならない。ＲＦインピーダンス整合回路
網は、変化し続ける負荷インピーダンスを自動的に制御
することができるが、これらは典型的には、新しいイン
ピーダンス適応するために数十〜数百ミリ秒が必要であ
る。従って、各回転ステップの開始時に、ＲＦ電源２４
の出力インピーダンスがプラズマ負荷インピーダンスに
ミスマッチしている期間が存在するだろう。このような
インピーダンス不整合から大きな定在波比（ＳＷＲ:sta
nding wave ratio）が発生してプラズマに印加されるＲ
Ｆの電力及び電圧を変化させることがあり、これがプラ
ズマプロセスを思わぬ方向へと変え、あるいはプラズマ
を不安定にする場合もある。
【００６７】インピーダンス不整合の程度と時間は、各
回転ステップの開始時においてコイル電流立上り時間の
磁界強度の中の変化の程度と時間を増加させる作用を有
する。回転数を増やすことは、各回点ステップにおいて
整合回路網がプラズマ負荷インピーダンスにミスマッチ
している時間の割合を増加させる。
回転ステップの開始時においてコイル電流立上り時間の
磁界強度の中の変化の程度と時間を増加させる作用を有
する。回転数を増やすことは、各回点ステップにおいて
整合回路網がプラズマ負荷インピーダンスにミスマッチ
している時間の割合を増加させる。
【００６８】前２パラグラフで説明したインピーダンス
不整合の問題は、各回転ステップの開始時の磁界不連続
の程度を減少することにより改良できる。これをなしと
げる一つの方法としては、多数の電磁石をウエハの周縁
の周りに均等な方位角の間隔で用い、これに応じた小さ
い角度の増加量で磁界を回転させることが挙げられる。
不整合の問題は、各回転ステップの開始時の磁界不連続
の程度を減少することにより改良できる。これをなしと
げる一つの方法としては、多数の電磁石をウエハの周縁
の周りに均等な方位角の間隔で用い、これに応じた小さ
い角度の増加量で磁界を回転させることが挙げられる。
【００６９】不連続を減らす第２の方法は、各回転ステ
ップの開始時にＲＦインピーダンス整合回路網が良好な
インピーダンス整合を維持することができる十分低速の
制御された速度で、各電磁石コイルを通る電流を変える
ことである。図８（ａ）〜８（ｄ）は、各回転ステップ
の開始時に電流の線形遷移を与えるよう図７の波形を修
正した場合における、４つの電磁石４０、４２、５２、
５０を通る電流の波形を示す。これらの波形は、制御装
置６５の直接的なプログラミングによって発生してもよ
い。制御装置プログラミングは、線形遷移周期において
ＤＣ電源６０、６２の出力電流を連続的に制御するよ
う、あるいは、多数の個別のステップにおいてこれら出
力電流を調節するように、ＤＣ電源６０、６２に命令を
出すことができる。
ップの開始時にＲＦインピーダンス整合回路網が良好な
インピーダンス整合を維持することができる十分低速の
制御された速度で、各電磁石コイルを通る電流を変える
ことである。図８（ａ）〜８（ｄ）は、各回転ステップ
の開始時に電流の線形遷移を与えるよう図７の波形を修
正した場合における、４つの電磁石４０、４２、５２、
５０を通る電流の波形を示す。これらの波形は、制御装
置６５の直接的なプログラミングによって発生してもよ
い。制御装置プログラミングは、線形遷移周期において
ＤＣ電源６０、６２の出力電流を連続的に制御するよ
う、あるいは、多数の個別のステップにおいてこれら出
力電流を調節するように、ＤＣ電源６０、６２に命令を
出すことができる。
【００７０】図９は、開始時の磁界（図９（ａ））、３
つの連続した中間点（図９（ｂ）〜（ｄ））、並びに、
ステップＴ3からステップＴ4までの線形遷移の終了時
（図９（ｅ））を示す。図９（ｃ）はこの線形遷移の中
間値を示しており、このアプローチの一つの短所を示し
ている。この経時的な点においては、磁界が線形且つ均
一であり、即ち従来技術のＭＥＲＩＥ(magnetic enhanc
ed reactive ion etching)チャンバにおいてチャージア
ップ損傷を引き起こす電磁界パターンである。しかし、
これは回転周期の中で僅かな部分にだけしか存在しない
ので、我々は、この線形磁界パターンの影響が最小とな
ると予想する。
つの連続した中間点（図９（ｂ）〜（ｄ））、並びに、
ステップＴ3からステップＴ4までの線形遷移の終了時
（図９（ｅ））を示す。図９（ｃ）はこの線形遷移の中
間値を示しており、このアプローチの一つの短所を示し
ている。この経時的な点においては、磁界が線形且つ均
一であり、即ち従来技術のＭＥＲＩＥ(magnetic enhanc
ed reactive ion etching)チャンバにおいてチャージア
ップ損傷を引き起こす電磁界パターンである。しかし、
これは回転周期の中で僅かな部分にだけしか存在しない
ので、我々は、この線形磁界パターンの影響が最小とな
ると予想する。
【００７１】図１０は、回転ステップの間の遷移の間、
磁界の不連続をさらに減少させると我々が理解する第３
の方法を描写する。具体的に、図１０（ａ）〜１０
（ｄ）は、それぞれ４つのＤＣ電源が４つの電磁石コイ
ル４０、４２、５２、５０に印加する電流波形を示して
いる。コイルを流れる電流の極性を逆にすることを要請
する遷移１０１と１０３は、極性を変わらずに電流の強
度が変化する遷移１０２と１０４よりも低速（図１０に
例示される具体例の２倍低速）で実行される。更に、電
流極性を変えない２つの高速の遷移１０２と１０４につ
いては、電流強度が増加する遷移１０４は、電流強度が
減少する遷移１０２より早期に実行される。この方法
は、全ての４つの電磁石電流遷移が同時に実行される図
７及び図８の方法よりも、全磁界強度を一定に維持す
る。従って、この方法によれば、回転ステップと回転ス
テップの間の遷移において、ＲＦ整合回路網が更に正確
なインピーダンス整合（すなわち、低いＳＷＲ）を維持
できるようになる。
磁界の不連続をさらに減少させると我々が理解する第３
の方法を描写する。具体的に、図１０（ａ）〜１０
（ｄ）は、それぞれ４つのＤＣ電源が４つの電磁石コイ
ル４０、４２、５２、５０に印加する電流波形を示して
いる。コイルを流れる電流の極性を逆にすることを要請
する遷移１０１と１０３は、極性を変わらずに電流の強
度が変化する遷移１０２と１０４よりも低速（図１０に
例示される具体例の２倍低速）で実行される。更に、電
流極性を変えない２つの高速の遷移１０２と１０４につ
いては、電流強度が増加する遷移１０４は、電流強度が
減少する遷移１０２より早期に実行される。この方法
は、全ての４つの電磁石電流遷移が同時に実行される図
７及び図８の方法よりも、全磁界強度を一定に維持す
る。従って、この方法によれば、回転ステップと回転ス
テップの間の遷移において、ＲＦ整合回路網が更に正確
なインピーダンス整合（すなわち、低いＳＷＲ）を維持
できるようになる。
【００７２】図１１は、図１０で示される線形遷移では
なく、図１０の方法を、各遷移が１つないし２つの個別
の小ステップから成るように変形した方法を表す。図１
０の方法で低速で実行される遷移１０１及び１０３は、
図１１の方法においては２ステップで実行される。具体
的には、遷移１０１が、２つの連続した小ステップ１０
１ａ及び１０１ｂで実行され、各小ステップは、完全な
遷移１０１の半分の振幅である。同じように、転移１０
３は、２つの等価な小ステップ１０３ａ及び１０３ｂの
中で実行される。図１０の方法で迅速に実行される遷移
１０２と１０４は、図１１の方法においてそれぞれ小ス
テップ１つで実行される。この小ステップの各々は、等
しい操作時間とすることができる。
なく、図１０の方法を、各遷移が１つないし２つの個別
の小ステップから成るように変形した方法を表す。図１
０の方法で低速で実行される遷移１０１及び１０３は、
図１１の方法においては２ステップで実行される。具体
的には、遷移１０１が、２つの連続した小ステップ１０
１ａ及び１０１ｂで実行され、各小ステップは、完全な
遷移１０１の半分の振幅である。同じように、転移１０
３は、２つの等価な小ステップ１０３ａ及び１０３ｂの
中で実行される。図１０の方法で迅速に実行される遷移
１０２と１０４は、図１１の方法においてそれぞれ小ス
テップ１つで実行される。この小ステップの各々は、等
しい操作時間とすることができる。
【００７３】図１１では、電磁石のインダクタンスに起
因した電流の立ち上り時間を表現するために、各小ステ
ップの電流波形を有限の勾配を有するように表現してい
る。この勾配は、線形的に変化する電流をコイルに供給
するように、わざと電源をプログラミングしたものでは
ない。
因した電流の立ち上り時間を表現するために、各小ステ
ップの電流波形を有限の勾配を有するように表現してい
る。この勾配は、線形的に変化する電流をコイルに供給
するように、わざと電源をプログラミングしたものでは
ない。
【００７４】図１１の方法は、各遷移が１つないし２つ
の個別な小ステップから成るが、４つの電磁石に電流を
供給する電源を制御する制御装置６５を簡単にプログラ
ムすることが好ましい。本実施例の好ましい実施態様に
おいて、各小ステップは０．１秒の操作時間を有する。
磁界を０．２５ Ｈｚ（すなわち、４秒の回転周期）の
回転数で回転するため、制御装置６５は、各回転ステッ
プ時間のそれぞれに０．１秒の４０回の小ステップで進
むようにプログラムされる。換言すれば、１つの回転サ
イクル全体の４つの回転ステップＴ1〜Ｔ4の各々は、１
０の小ステップから成る。１０の小ステップのうちの２
つが、図１１の中で描写された２ステップ遷移のために
用いられ、そして、電磁石電流は、各回転ステップの残
りの８つの小ステップの間は一定ままである。
の個別な小ステップから成るが、４つの電磁石に電流を
供給する電源を制御する制御装置６５を簡単にプログラ
ムすることが好ましい。本実施例の好ましい実施態様に
おいて、各小ステップは０．１秒の操作時間を有する。
磁界を０．２５ Ｈｚ（すなわち、４秒の回転周期）の
回転数で回転するため、制御装置６５は、各回転ステッ
プ時間のそれぞれに０．１秒の４０回の小ステップで進
むようにプログラムされる。換言すれば、１つの回転サ
イクル全体の４つの回転ステップＴ1〜Ｔ4の各々は、１
０の小ステップから成る。１０の小ステップのうちの２
つが、図１１の中で描写された２ステップ遷移のために
用いられ、そして、電磁石電流は、各回転ステップの残
りの８つの小ステップの間は一定ままである。
【００７５】
【実施例】次に説明する試験は、図１に示すチャンバに
類似のアプライドマテリアルズ社製のモデル ＭｘＰ＋
エッチングチャンバにより実施された。このチャンバ
は、１枚の２００ｍｍシリコンウエハ２０上の二酸化珪
素(silicon dioxide)をエッチングするために設計した
ものであった。４つの電磁石コイル４０、４２、５０、
５２を有するチャンバは、これらが組み合わさって図３
（ｂ）に示される八角形の形状を有していた。前述の図
３（ｂ）説明で記載されるように、複数のマグネットの
構成であった。
類似のアプライドマテリアルズ社製のモデル ＭｘＰ＋
エッチングチャンバにより実施された。このチャンバ
は、１枚の２００ｍｍシリコンウエハ２０上の二酸化珪
素(silicon dioxide)をエッチングするために設計した
ものであった。４つの電磁石コイル４０、４２、５０、
５２を有するチャンバは、これらが組み合わさって図３
（ｂ）に示される八角形の形状を有していた。前述の図
３（ｂ）説明で記載されるように、複数のマグネットの
構成であった。
【００７６】試験は、二酸化珪素をエッチングするため
のプロセスを用いて実行された。プロセスガス混合物
は、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ 、ＣＦ4が１５ｓｃｃｍ、
Ａｒが１５０ｓｃｃｍであり、全チャンバ圧力が２００
ｍＴであった。プラズマは、カソード２２に接続された
１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源２４から１０００ワットの
電力で励起された。磁界なしの場合では、プロセスのエ
ッチング速度は、３８００オングストローム／ｍｉｎで
あった。
のプロセスを用いて実行された。プロセスガス混合物
は、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ 、ＣＦ4が１５ｓｃｃｍ、
Ａｒが１５０ｓｃｃｍであり、全チャンバ圧力が２００
ｍＴであった。プラズマは、カソード２２に接続された
１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源２４から１０００ワットの
電力で励起された。磁界なしの場合では、プロセスのエ
ッチング速度は、３８００オングストローム／ｍｉｎで
あった。
【００７７】図１１に示される回転ステップと回転ステ
ップの間の遷移するコイル電流に対するスタガの方法(s
taggered method)を、図７の中で示された急速な遷移の
方法と比較した。磁界がウエハの中心の近くで３０Ｇと
なるように、主の電磁石は４Ａ、二次電磁石が１Ａの電
流をそれぞれ受け、Ｒ＝４であった。回転数は、０．２
５Ｈｚであった。スタガの方法において、電磁石電流の
各遷移は、先に述べたように０．１秒の小ステップ１つ
ないし２つから成っていた。反射電力計に接続された蓄
積型オシロスコープを用いて、反射電力を時間の関数と
して測定した。
ップの間の遷移するコイル電流に対するスタガの方法(s
taggered method)を、図７の中で示された急速な遷移の
方法と比較した。磁界がウエハの中心の近くで３０Ｇと
なるように、主の電磁石は４Ａ、二次電磁石が１Ａの電
流をそれぞれ受け、Ｒ＝４であった。回転数は、０．２
５Ｈｚであった。スタガの方法において、電磁石電流の
各遷移は、先に述べたように０．１秒の小ステップ１つ
ないし２つから成っていた。反射電力計に接続された蓄
積型オシロスコープを用いて、反射電力を時間の関数と
して測定した。
【００７８】図７の急激な遷移方法では、各遷移中に２
つの反射電力のピークが発生し、このピークはそれぞれ
約７５ワットであった。２つの連続した反射電力スパイ
クの全持続時間は、約７５ｍｓであった。対称的に、図
１１のスタガの遷移方法では、１２ワットほどの２つの
反射電力ピークを各遷移中に生成しただけであった。２
つの反射電力スパイクの全持続時間は、約６５ｍｓであ
った。従って、図１１のスタガ遷移方法では、最大反射
電力が６倍減少し、また、高い反射電力条件の持続時間
が僅かに低減された。従って、このスタガの遷移方法
は、チャンバ内で行われる半導体製造プロセスの安定性
と信頼性を向上させたというべきである。
つの反射電力のピークが発生し、このピークはそれぞれ
約７５ワットであった。２つの連続した反射電力スパイ
クの全持続時間は、約７５ｍｓであった。対称的に、図
１１のスタガの遷移方法では、１２ワットほどの２つの
反射電力ピークを各遷移中に生成しただけであった。２
つの反射電力スパイクの全持続時間は、約６５ｍｓであ
った。従って、図１１のスタガ遷移方法では、最大反射
電力が６倍減少し、また、高い反射電力条件の持続時間
が僅かに低減された。従って、このスタガの遷移方法
は、チャンバ内で行われる半導体製造プロセスの安定性
と信頼性を向上させたというべきである。
【００７９】また、エッチング速度と瞬間的なエッチン
グ均一性に対する回転数の影響を調べるため次の試験を
実行した。テスト条件は、特に言及しない限り、上記と
同じものであった。
グ均一性に対する回転数の影響を調べるため次の試験を
実行した。テスト条件は、特に言及しない限り、上記と
同じものであった。
【００８０】一つの試験では、図２（ａ）に示されるよ
うに、ＤＣ電源６０が２つの隣接の電磁石コイルの各々
に４Ａの電流を供給することにより、２００ｍｍウエハ
の中心近くに約３０Ｇの磁界を発生させた。２つのコイ
ルだけに一度に電力を供給された（即ち１／Ｒ＝０、あ
るいはＲ＝無限大）点を除いて図７の中で図で示された
方法によって、磁界が電気的に回転され、図７で＋／−
０．８Ａのコイル電流を有するように示された時間の
間、零電流が各コイルに供給された。２．５ Ｈｚ
０．２５ Ｈｚと２５ Ｈｚのそれぞれの回転数で実行
された３つの試験において、それぞれのエッチング速度
は順に、１３％、１０％、７％であり、これらは磁界ゼ
ロでのエッチング速度より大きい。これらの結果によれ
ば、０．２５Ｈｚから２５Ｈｚへ回転数を増加させれ
ば、磁界により与えられるエッチング速度における改善
が半減し、このため磁界の目的が一部損なわれること
が、示される。。更に、長期間時平均エッチング速度不
均一性は、回転数を増やすことでごく僅かではあるが悪
化した。従って、これら３つの試験で回転数が最も低い
ものが最も望ましいと考えられる。
うに、ＤＣ電源６０が２つの隣接の電磁石コイルの各々
に４Ａの電流を供給することにより、２００ｍｍウエハ
の中心近くに約３０Ｇの磁界を発生させた。２つのコイ
ルだけに一度に電力を供給された（即ち１／Ｒ＝０、あ
るいはＲ＝無限大）点を除いて図７の中で図で示された
方法によって、磁界が電気的に回転され、図７で＋／−
０．８Ａのコイル電流を有するように示された時間の
間、零電流が各コイルに供給された。２．５ Ｈｚ
０．２５ Ｈｚと２５ Ｈｚのそれぞれの回転数で実行
された３つの試験において、それぞれのエッチング速度
は順に、１３％、１０％、７％であり、これらは磁界ゼ
ロでのエッチング速度より大きい。これらの結果によれ
ば、０．２５Ｈｚから２５Ｈｚへ回転数を増加させれ
ば、磁界により与えられるエッチング速度における改善
が半減し、このため磁界の目的が一部損なわれること
が、示される。。更に、長期間時平均エッチング速度不
均一性は、回転数を増やすことでごく僅かではあるが悪
化した。従って、これら３つの試験で回転数が最も低い
ものが最も望ましいと考えられる。
【００８１】前述の試験は、図３（ｂ）の４つのコイル
形状で、Ｒ＝４、Ｉ1＝−Ｉ2＝５．３Ａ、Ｉ3＝−Ｉ4＝
１．３Ａ、チャンバ圧力が１５０ｍＴの条件で再び行わ
れた。ここで試験装置はＤＣ電源２つだけであったた
め、図７で示した４ステップの回転方法の奇数番号のス
テップＴ1及びＴ3を実施することができるだけだった。
換言すれば、回転は２つの１８０゜のステップから成っ
ていた。具体的には、図３（ａ）の中で示されるよう
に、コイル４０及び４２は一方のＤＣ電源６０に接続さ
れ、コイル５０及び５２は他方のＤＣ電源６２に接続さ
れ、これら２つの電源は、２ｘ５．３Ａと２ｘ１．３Ａ
の交流を供給した。回転数０．１７Ｈｚ、１．７Ｈｚ、
１７Ｈｚではそれぞれ、エッチング速度は２０％、１０
％、５％であり、ゼロ磁界の場合のエッチング速度より
大きかった。更に、長期間時平均エッチング速度不均一
性は、回転数を増やすことで悪化した。従って、３つの
試験では回転数の最も低いものが最も望ましいと考えら
れた。
形状で、Ｒ＝４、Ｉ1＝−Ｉ2＝５．３Ａ、Ｉ3＝−Ｉ4＝
１．３Ａ、チャンバ圧力が１５０ｍＴの条件で再び行わ
れた。ここで試験装置はＤＣ電源２つだけであったた
め、図７で示した４ステップの回転方法の奇数番号のス
テップＴ1及びＴ3を実施することができるだけだった。
換言すれば、回転は２つの１８０゜のステップから成っ
ていた。具体的には、図３（ａ）の中で示されるよう
に、コイル４０及び４２は一方のＤＣ電源６０に接続さ
れ、コイル５０及び５２は他方のＤＣ電源６２に接続さ
れ、これら２つの電源は、２ｘ５．３Ａと２ｘ１．３Ａ
の交流を供給した。回転数０．１７Ｈｚ、１．７Ｈｚ、
１７Ｈｚではそれぞれ、エッチング速度は２０％、１０
％、５％であり、ゼロ磁界の場合のエッチング速度より
大きかった。更に、長期間時平均エッチング速度不均一
性は、回転数を増やすことで悪化した。従って、３つの
試験では回転数の最も低いものが最も望ましいと考えら
れた。
【００８２】前述の試験では低速の回転数の方が時平均
空間的均一性を良好にすることが示されているいるにも
かかわらず、より高い回転数を支持するとの対立的な考
え方が存在する。具体的にウエハ上に加工されるべき集
積回路に対しては、プラズマシースからウエハへの荷電
粒子の流束の非均一により、集積回路の電界効果トラン
ジスターのゲートキャパシタンスがチャージアップされ
る時間は、この回転数を減じれば増加する。従って、過
度に低い回転数は、ゲート誘電体への損傷の危険を増大
する。これらの対立する考えに基づけば、現時点で好ま
しい回転数は、０．２５Ｈｚ〜１．０Ｈｚである。
空間的均一性を良好にすることが示されているいるにも
かかわらず、より高い回転数を支持するとの対立的な考
え方が存在する。具体的にウエハ上に加工されるべき集
積回路に対しては、プラズマシースからウエハへの荷電
粒子の流束の非均一により、集積回路の電界効果トラン
ジスターのゲートキャパシタンスがチャージアップされ
る時間は、この回転数を減じれば増加する。従って、過
度に低い回転数は、ゲート誘電体への損傷の危険を増大
する。これらの対立する考えに基づけば、現時点で好ま
しい回転数は、０．２５Ｈｚ〜１．０Ｈｚである。
【００８３】８．ウエハを取り囲むＲＦ結合リング 反時計回りの曲線（図２〜４）を有しているマグネット
電界を用いる前述の本発明の具体例において、ウエハを
囲んでいる狭い区域を提供しそこを介してＲＦ電力をカ
ソード電極２２からプラズマに結合するようにすること
によって、プラズマからのイオン流束のうちウエハ２０
表面上の空間的均一性が、更に改善されることができる
ことを見出した。
電界を用いる前述の本発明の具体例において、ウエハを
囲んでいる狭い区域を提供しそこを介してＲＦ電力をカ
ソード電極２２からプラズマに結合するようにすること
によって、プラズマからのイオン流束のうちウエハ２０
表面上の空間的均一性が、更に改善されることができる
ことを見出した。
【００８４】プラズマチャンバ内で実行されるプラズマ
励起による半導体製造プロセスの速度を最大にするため
には、ウエハ２０の直後にある（即ちウエハに覆われ
る）領域以外のカソード電極の領域からプラズマへのＲ
Ｆ電力のあらゆる結合を最小にすることが非常に望まし
いと、通常は考えられる。換言すれば、カソードの側か
らのＲＦ電力の結合を最小にすること、あるいはカソー
ド直径がウエハ直径より大きい場合はカソード上面のう
ちウエハ周囲を囲む部分からのＲＦ電力の結合を最小に
することが、非常に望ましいと考えられる。これによ
り、プラズマシースからカソード電極へのイオン流束
を、ウエハが占めているカソードの表面領域へ可能な限
り集中させる。
励起による半導体製造プロセスの速度を最大にするため
には、ウエハ２０の直後にある（即ちウエハに覆われ
る）領域以外のカソード電極の領域からプラズマへのＲ
Ｆ電力のあらゆる結合を最小にすることが非常に望まし
いと、通常は考えられる。換言すれば、カソードの側か
らのＲＦ電力の結合を最小にすること、あるいはカソー
ド直径がウエハ直径より大きい場合はカソード上面のう
ちウエハ周囲を囲む部分からのＲＦ電力の結合を最小に
することが、非常に望ましいと考えられる。これによ
り、プラズマシースからカソード電極へのイオン流束
を、ウエハが占めているカソードの表面領域へ可能な限
り集中させる。
【００８５】従来では、カソード電極の望まない表面か
ら結合するＲＦ電力を、それらの表面を誘電体の十分に
厚い層で覆うことによって最小にしていた。例えば、図
１（ａ）は、円筒状のカソード電極２２の側部を囲む円
筒状の誘電シールド７０と、ウエハ２０を囲むカソード
の部分上面を覆う誘電リング７２とを示しているシリコ
ンウエハ処理のためのチャンバでは、高純度クオーツ
が、一般に用いられる誘電材料であり、それは、クオー
ツはチャンバに汚染物をさほど放出しないからである。
ＲＦ電力結合は、誘電体の厚さを増大し低い誘電率の誘
電材料を選ぶことによって最小にすることができる。こ
のデザインでは、カソードに面しているプラズマシース
の領域は、本質的にウエハの領域と同じである。
ら結合するＲＦ電力を、それらの表面を誘電体の十分に
厚い層で覆うことによって最小にしていた。例えば、図
１（ａ）は、円筒状のカソード電極２２の側部を囲む円
筒状の誘電シールド７０と、ウエハ２０を囲むカソード
の部分上面を覆う誘電リング７２とを示しているシリコ
ンウエハ処理のためのチャンバでは、高純度クオーツ
が、一般に用いられる誘電材料であり、それは、クオー
ツはチャンバに汚染物をさほど放出しないからである。
ＲＦ電力結合は、誘電体の厚さを増大し低い誘電率の誘
電材料を選ぶことによって最小にすることができる。こ
のデザインでは、カソードに面しているプラズマシース
の領域は、本質的にウエハの領域と同じである。
【００８６】誘電リング７２（図１）を、カソード上面
のウエハ２０の周縁のすぐ外側を覆う薄い環状の部分７
４とカソードの残りの上面を覆う厚い誘電部分７６とを
有する誘電リング７２’（図１２）に交換することによ
り、ウエハ２０の上方のイオン流束の空間的均一性を更
に改善することができることを見出した。誘電リングの
薄い内側の部分７４は十分に薄くなければならず、すな
わち、ＲＦ電源２４の振動数（典型的には１３．５６Ｍ
Ｈｚ）における電気的インピーダンスを十分に低くし
て、ＲＦ電源２４からプラズマ８０まで内側誘電体７４
を通して十分なＲＦ電力を結合し、図１２で示されるよ
うに、ウエハ表面上方のプラズマシース８２が半径方向
外側へ内側誘電体７４を超えて延びるようにするべきで
ある。
のウエハ２０の周縁のすぐ外側を覆う薄い環状の部分７
４とカソードの残りの上面を覆う厚い誘電部分７６とを
有する誘電リング７２’（図１２）に交換することによ
り、ウエハ２０の上方のイオン流束の空間的均一性を更
に改善することができることを見出した。誘電リングの
薄い内側の部分７４は十分に薄くなければならず、すな
わち、ＲＦ電源２４の振動数（典型的には１３．５６Ｍ
Ｈｚ）における電気的インピーダンスを十分に低くし
て、ＲＦ電源２４からプラズマ８０まで内側誘電体７４
を通して十分なＲＦ電力を結合し、図１２で示されるよ
うに、ウエハ表面上方のプラズマシース８２が半径方向
外側へ内側誘電体７４を超えて延びるようにするべきで
ある。
【００８７】ここに説明した試験では、図１２の改良型
誘電リング７２’が、半径方向の幅Ｗが、１４ｍｍ、厚
さないし深さＤが、４ｍｍの薄い内側部分７４を有して
いた。対称的に、図１（ａ）の誘電リング７２は、ウエ
ハエッジで厚さないし深さが８ｍｍであり、また厚さ
は、ウエハの周縁を越えて約１５ｍｍまで急激に増加し
た。
誘電リング７２’が、半径方向の幅Ｗが、１４ｍｍ、厚
さないし深さＤが、４ｍｍの薄い内側部分７４を有して
いた。対称的に、図１（ａ）の誘電リング７２は、ウエ
ハエッジで厚さないし深さが８ｍｍであり、また厚さ
は、ウエハの周縁を越えて約１５ｍｍまで急激に増加し
た。
【００８８】図１４〜１６は、直径２００ｍｍのシリコ
ンウエハ２０から二酸化珪素の層をエッチングを行うた
めのプロセスにおいて、改良型誘電リング７２’の利点
を例証する試験結果を示す。図１４及び１５は、干渉計
(interferometer)によって得られたアイソメトリック
（等大）チャートであり、エッチング速度の差がウエハ
の表面上に示されている。太い黒線の等大線は、平均エ
ッチング速度を表わしている。＋符号と−符号は、エッ
チング速度平均より大きな領域と小さな領域を表現す
る。各等大線の間の増加量は、１００オングストローム
／ｍｉｎである。
ンウエハ２０から二酸化珪素の層をエッチングを行うた
めのプロセスにおいて、改良型誘電リング７２’の利点
を例証する試験結果を示す。図１４及び１５は、干渉計
(interferometer)によって得られたアイソメトリック
（等大）チャートであり、エッチング速度の差がウエハ
の表面上に示されている。太い黒線の等大線は、平均エ
ッチング速度を表わしている。＋符号と−符号は、エッ
チング速度平均より大きな領域と小さな領域を表現す
る。各等大線の間の増加量は、１００オングストローム
／ｍｉｎである。
【００８９】図１６は、平均エッチング速度、最小エッ
チング速度及び最大エッチング速度並びにエッチング速
度の１シグマ不均一性を示す表である。「内側誘電体７
４」と表記された欄において、「厚い」との表記は、ウ
エハエッジでの厚さないし深さＤが８ｍｍである図１
（ａ）の誘電リング７２を意味し、「薄い」との表記
は、ウエハエッジでの厚さないし深さＤが４ｍｍの図１
２の改良型誘電リング７２’を意味する。それぞれ、
「最小」と表記された欄と「最大」と表記された欄は、
平均エッチング速度に対しての、最小エッチング速度と
最大エッチング速度の差をそれぞれ示す。
チング速度及び最大エッチング速度並びにエッチング速
度の１シグマ不均一性を示す表である。「内側誘電体７
４」と表記された欄において、「厚い」との表記は、ウ
エハエッジでの厚さないし深さＤが８ｍｍである図１
（ａ）の誘電リング７２を意味し、「薄い」との表記
は、ウエハエッジでの厚さないし深さＤが４ｍｍの図１
２の改良型誘電リング７２’を意味する。それぞれ、
「最小」と表記された欄と「最大」と表記された欄は、
平均エッチング速度に対しての、最小エッチング速度と
最大エッチング速度の差をそれぞれ示す。
【００９０】これら試験は、図１のプラズマチャンバデ
ザインと、図３（ｂ）の八角形の電磁石デザインを用い
て実施したＤＣ電源６０が、第１のコイル対のコイル４
０と４２の各々に、４Ａの電流を供給し、ウエハ中心の
磁界強度が約３０Ｇとなるようにした。プロセスガスフ
ローは、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ、ＣＦ4が１５ｓｃｃ
ｍ、Ａｒが１５０ｓｃｃｍであった。排気ポンプによ
り、チャンバ圧力を２００ｍＴに維持した。ＲＦ電源２
４は、１３．５６ ＭＨｚでカソードに１０００ワット
の電力を供給した。ウエハに６０秒間エッチングが行わ
れ、約４０００オングストローム〜４４００オングスト
ロームの二酸化珪素がウエハ表面からエッチングされ
た。
ザインと、図３（ｂ）の八角形の電磁石デザインを用い
て実施したＤＣ電源６０が、第１のコイル対のコイル４
０と４２の各々に、４Ａの電流を供給し、ウエハ中心の
磁界強度が約３０Ｇとなるようにした。プロセスガスフ
ローは、ＣＨＦ3が４５ｓｃｃｍ、ＣＦ4が１５ｓｃｃ
ｍ、Ａｒが１５０ｓｃｃｍであった。排気ポンプによ
り、チャンバ圧力を２００ｍＴに維持した。ＲＦ電源２
４は、１３．５６ ＭＨｚでカソードに１０００ワット
の電力を供給した。ウエハに６０秒間エッチングが行わ
れ、約４０００オングストローム〜４４００オングスト
ロームの二酸化珪素がウエハ表面からエッチングされ
た。
【００９１】図１４は、ＤＣ電源６２が第２のコイル対
のコイル５０及び５２に零電流を供給（すなわち、Ｒ＝
０）して、図２（ａ）で示される２コイルの磁界パター
ンを発生させた試験の結果を示す。図１４（ａ）は、図
１で示される厚い誘電シールド７２を用いた結果を示
し、図１４（ｂ）は、図１２で示される薄い内側の部分
７４を有している改良型誘電シールド７２’を用いた結
果を示す。改良型誘電シールド７２’は、ウエハ上の点
Ｐの近傍でエッチング速度を平均値に対して増加させる
ことにより、エッチング速度の空間的均一性を改善する
が、ここで点Ｐは磁界強度が最大の地点であり、その理
由は２つのコイルの間の角の頂点「Ｖ」に最も近い点だ
からである。図１６によれば、最小エッチング速度と最
大エッチング速度の両方が、改良型誘電シールド７２’
によって平均値に近づくようになり、平均からの負量偏
差の最も悪い値が、−１０６０オングストローム／ｍｉ
ｎ．から−８５０／オングストロームｍｉｎ．まで減じ
られ、平均からの正量偏差の最も悪い値が、＋１２５０
オングストローム／ｍｉｎ．から＋１０５０オングスト
ローム／ｍｉｎまで減じられたことが示される。
のコイル５０及び５２に零電流を供給（すなわち、Ｒ＝
０）して、図２（ａ）で示される２コイルの磁界パター
ンを発生させた試験の結果を示す。図１４（ａ）は、図
１で示される厚い誘電シールド７２を用いた結果を示
し、図１４（ｂ）は、図１２で示される薄い内側の部分
７４を有している改良型誘電シールド７２’を用いた結
果を示す。改良型誘電シールド７２’は、ウエハ上の点
Ｐの近傍でエッチング速度を平均値に対して増加させる
ことにより、エッチング速度の空間的均一性を改善する
が、ここで点Ｐは磁界強度が最大の地点であり、その理
由は２つのコイルの間の角の頂点「Ｖ」に最も近い点だ
からである。図１６によれば、最小エッチング速度と最
大エッチング速度の両方が、改良型誘電シールド７２’
によって平均値に近づくようになり、平均からの負量偏
差の最も悪い値が、−１０６０オングストローム／ｍｉ
ｎ．から−８５０／オングストロームｍｉｎ．まで減じ
られ、平均からの正量偏差の最も悪い値が、＋１２５０
オングストローム／ｍｉｎ．から＋１０５０オングスト
ローム／ｍｉｎまで減じられたことが示される。
【００９２】点Ｐの近くのエッチング速度は平均値より
も小さいが、その理由は、磁界曲線が反時計回りである
ため、点Ｐからプラズマシース及びプレシース中の荷電
粒子の点Ｑの方へＥｘＢドリフトが生じ、点Ｐについて
荷電粒子が相対的に減じられるからである。本発明で
は、磁界強度は点Ｐにおいて、このドリフトの減少効果
を相殺するために、最大となっている。しかし、図１４
（ａ）は、点Ｐ近くの磁界強度の勾配がドリフトを相殺
するに十分な大きさではないことを例示する。図１４Ｂ
は、改良型誘電シールド７２’が点Ｐ近くの荷電粒子の
空乏を部分的に改善してエッチング速度均一性を向上さ
せることを示している。
も小さいが、その理由は、磁界曲線が反時計回りである
ため、点Ｐからプラズマシース及びプレシース中の荷電
粒子の点Ｑの方へＥｘＢドリフトが生じ、点Ｐについて
荷電粒子が相対的に減じられるからである。本発明で
は、磁界強度は点Ｐにおいて、このドリフトの減少効果
を相殺するために、最大となっている。しかし、図１４
（ａ）は、点Ｐ近くの磁界強度の勾配がドリフトを相殺
するに十分な大きさではないことを例示する。図１４Ｂ
は、改良型誘電シールド７２’が点Ｐ近くの荷電粒子の
空乏を部分的に改善してエッチング速度均一性を向上さ
せることを示している。
【００９３】図１２で示されるように改良型誘電シール
ド７２’の薄い内側の部分７４が、プラズマシースを横
方向にウエハの周囲の外側まで延ばしているため、最大
荷電粒子空乏の領域が点Ｐからウエハの周囲の外側の頂
点Ｖにより近い点まで移動するという理論を立てる。こ
れは、改良型誘電シールド７２が平均値からのエッチン
グ速度の正及び負の空間的偏差を減少することの理由で
あると我々は考える。しかし、我々の発明は、この理論
に依存又は限定されるものではない。
ド７２’の薄い内側の部分７４が、プラズマシースを横
方向にウエハの周囲の外側まで延ばしているため、最大
荷電粒子空乏の領域が点Ｐからウエハの周囲の外側の頂
点Ｖにより近い点まで移動するという理論を立てる。こ
れは、改良型誘電シールド７２が平均値からのエッチン
グ速度の正及び負の空間的偏差を減少することの理由で
あると我々は考える。しかし、我々の発明は、この理論
に依存又は限定されるものではない。
【００９４】図１５は、ＤＣ電源６２が第２のコイル対
のコイル５０と５２の各々に１Ａを供給して、Ｒ＝４で
ある図３（ｂ）で示されたコイル４本の磁界パターンを
発生させることを示す。図１５（ａ）は、図１で示され
る厚い誘電シールド７２を用いた場合の結果を示し、図
１５（ｂ）は、図１２で示される薄い内側部分７４を有
する改良型誘電シールド７２’を用いた場合の結果を示
す。改良型誘電シールド７２’は、ウエハ上の点Ｐの近
傍でエッチング速度を平均値に対して増加させることに
より、エッチング速度の空間的均一性を改善するが、こ
こで点Ｐは磁界強度が最大の地点であり、その理由は２
つのコイルの間の角の頂点「Ｖ」に最も近い点だからで
ある。
のコイル５０と５２の各々に１Ａを供給して、Ｒ＝４で
ある図３（ｂ）で示されたコイル４本の磁界パターンを
発生させることを示す。図１５（ａ）は、図１で示され
る厚い誘電シールド７２を用いた場合の結果を示し、図
１５（ｂ）は、図１２で示される薄い内側部分７４を有
する改良型誘電シールド７２’を用いた場合の結果を示
す。改良型誘電シールド７２’は、ウエハ上の点Ｐの近
傍でエッチング速度を平均値に対して増加させることに
より、エッチング速度の空間的均一性を改善するが、こ
こで点Ｐは磁界強度が最大の地点であり、その理由は２
つのコイルの間の角の頂点「Ｖ」に最も近い点だからで
ある。
【００９５】図１６は、改良型誘電シールド７２’がエ
ッチング速度の１シグマ不均一性を６．９％から４．９
％に引き下げ、約３０％の向上があったことを示す。加
えて、最小エッチング速度と最大エッチング速度の平均
からの偏差は３０％以上減じられ、平均値からの負量偏
差の最も悪い値は−１３４０オングストローム／ｍｉ
ｎ．から−７７０オングストローム／ｍｉｎにまで減じ
られ、平均値からの正量偏差の最も悪い値は、＋７５０
オングストローム／ｍｉｎ．から＋５２０オングストロ
ーム／ｍｉｎまで減じられた。
ッチング速度の１シグマ不均一性を６．９％から４．９
％に引き下げ、約３０％の向上があったことを示す。加
えて、最小エッチング速度と最大エッチング速度の平均
からの偏差は３０％以上減じられ、平均値からの負量偏
差の最も悪い値は−１３４０オングストローム／ｍｉ
ｎ．から−７７０オングストローム／ｍｉｎにまで減じ
られ、平均値からの正量偏差の最も悪い値は、＋７５０
オングストローム／ｍｉｎ．から＋５２０オングストロ
ーム／ｍｉｎまで減じられた。
【００９６】改良型誘電シールド７２’を用いた上述の
試験では、シリコンリング８４は、シールド７２’の薄
い部分７４をカバーする。シリコンリングの主要な目的
は、二酸化珪素エッチングプロセスによるシールドの薄
い部分７４の消耗から保護するためにあるが、それは、
クオーツシールド７２’は、シリコンウエハ２０上でエ
ッチングされる二酸化珪素と化学的に同じだからある。
これら試験で用いられたエッチングプロセスにおいて、
シリコンは、クオーツのエッチング速度の少なくとも１
０倍低速でエッチングされる。シリコンリング８４の表
面がエッチングプロセスのため凹凸が目立つようになっ
たときは、シリコンリングは簡易に交換可能である。さ
らに、上面が凹凸になった後これを裏返せば、シリコン
リングの実用寿命を２倍にすることが可能である。
試験では、シリコンリング８４は、シールド７２’の薄
い部分７４をカバーする。シリコンリングの主要な目的
は、二酸化珪素エッチングプロセスによるシールドの薄
い部分７４の消耗から保護するためにあるが、それは、
クオーツシールド７２’は、シリコンウエハ２０上でエ
ッチングされる二酸化珪素と化学的に同じだからある。
これら試験で用いられたエッチングプロセスにおいて、
シリコンは、クオーツのエッチング速度の少なくとも１
０倍低速でエッチングされる。シリコンリング８４の表
面がエッチングプロセスのため凹凸が目立つようになっ
たときは、シリコンリングは簡易に交換可能である。さ
らに、上面が凹凸になった後これを裏返せば、シリコン
リングの実用寿命を２倍にすることが可能である。
【００９７】シリコンリングは、チャンバへの汚染物の
放出を最小にするため、高純度材料製でなければならな
い。純度を最大にするため、現時点ではシリコンリング
は単結晶シリコン製であることが好ましい。
放出を最小にするため、高純度材料製でなければならな
い。純度を最大にするため、現時点ではシリコンリング
は単結晶シリコン製であることが好ましい。
【００９８】カソード電極２２の表面は、陽極処理され
たものである。。シリコンリングの内部表面がカソード
に接触した場合でも、陽極酸化層はシリコンリング８４
からカソードを電気的に絶縁する。
たものである。。シリコンリングの内部表面がカソード
に接触した場合でも、陽極酸化層はシリコンリング８４
からカソードを電気的に絶縁する。
【００９９】我々は、エッチング速度の空間的均一性に
影響を及ぼす改良型シールド７２の寸法のパラメータ
は、薄い内側部分７４の軸の深さＤ、薄い部分７４の半
径方向幅Ｗ、及び、ウエハ上方の厚い外側部分７６の高
さＨであると考える。
影響を及ぼす改良型シールド７２の寸法のパラメータ
は、薄い内側部分７４の軸の深さＤ、薄い部分７４の半
径方向幅Ｗ、及び、ウエハ上方の厚い外側部分７６の高
さＨであると考える。
【０１００】カソード電極２２とプラズマ８０の間のＲ
Ｆ電力の容量結合は、シールドの薄い内側の部分の半径
方向幅Ｗを深さＤで除したものに比例する。ＲＦ電力の
結合が、薄い部分７４の上方のプラズマプレシース及び
シース８２中で荷電粒子濃度を対応的に増加させ、薄い
シールドのうちの部分７４へのイオン流束を対応的に増
加させる。
Ｆ電力の容量結合は、シールドの薄い内側の部分の半径
方向幅Ｗを深さＤで除したものに比例する。ＲＦ電力の
結合が、薄い部分７４の上方のプラズマプレシース及び
シース８２中で荷電粒子濃度を対応的に増加させ、薄い
シールドのうちの部分７４へのイオン流束を対応的に増
加させる。
【０１０１】このセクションの当初で言及したように、
カソードからウエハに占められた領域の外側のプラズマ
へＲＦ電力を結合することにより、ウエハ表面における
イオンと反応化学種の濃度を低減する。従って、誘電シ
ールドの薄い部分７４を介してＲＦ電力を結合して実現
した空間的均一性のあらゆる改善は、その結果生ずるウ
エハの上で実行するプロセスの平均速度の減少と均衡す
べきである。
カソードからウエハに占められた領域の外側のプラズマ
へＲＦ電力を結合することにより、ウエハ表面における
イオンと反応化学種の濃度を低減する。従って、誘電シ
ールドの薄い部分７４を介してＲＦ電力を結合して実現
した空間的均一性のあらゆる改善は、その結果生ずるウ
エハの上で実行するプロセスの平均速度の減少と均衡す
べきである。
【０１０２】せり上がった外側の部分７６の高さＨの効
果は、これよりも複雑である。多くの構成では、せり上
がった外側のシールド部分７６の優れた効果は「シャド
ウ効果」であり、即ち、このせり上がり部分７６によ
り、半球方向全体からの反応化学種への曝露からウエハ
周縁を遮蔽して、ウエハ周縁でプロセス速度を減じるも
のである。しかし、２つの付加効果がシャドウ効果をあ
る程度相殺した。具体的には、シールドのせり上がり部
分は、ウエハの周囲の近くでイオン流束を増やす焦準効
果を有し、その理由は、プラズマシースからの下向きに
加速されたイオンが、このせり上がり部分に衝突しウエ
ハの方へ跳飛するからである。また、この焦準効果はウ
エハ表面とウエハに面するせり上がり部分７６の面７８
のとの角度にも大きく依存し、ここでは、ウエハの中心
の方へ向かうイオンの最大偏向を生じさせる角度は４５
゜と予想される。また、このせり上がり部分は、反応化
学種のウエハ周縁近くの滞留時間を増大させ、ウエハ周
縁近くのプロセス速度を、行なおうとする特定のプロセ
スの化学系によって増加又は減少させる。
果は、これよりも複雑である。多くの構成では、せり上
がった外側のシールド部分７６の優れた効果は「シャド
ウ効果」であり、即ち、このせり上がり部分７６によ
り、半球方向全体からの反応化学種への曝露からウエハ
周縁を遮蔽して、ウエハ周縁でプロセス速度を減じるも
のである。しかし、２つの付加効果がシャドウ効果をあ
る程度相殺した。具体的には、シールドのせり上がり部
分は、ウエハの周囲の近くでイオン流束を増やす焦準効
果を有し、その理由は、プラズマシースからの下向きに
加速されたイオンが、このせり上がり部分に衝突しウエ
ハの方へ跳飛するからである。また、この焦準効果はウ
エハ表面とウエハに面するせり上がり部分７６の面７８
のとの角度にも大きく依存し、ここでは、ウエハの中心
の方へ向かうイオンの最大偏向を生じさせる角度は４５
゜と予想される。また、このせり上がり部分は、反応化
学種のウエハ周縁近くの滞留時間を増大させ、ウエハ周
縁近くのプロセス速度を、行なおうとする特定のプロセ
スの化学系によって増加又は減少させる。
【０１０３】高さＨが増加すれば、シャドウ効果、焦準
効果及び滞留時間効果の全てが顕著になる傾向がある。
また、これらの効果の全ては、シールドの薄い内側部分
７４の半径方向幅Ｗによって影響を受けるが、それは、
この幅が、せり上がり部分７６とウエハの周縁との間隔
を構成するからである。焦準効果は、幅Ｗ（経験的に決
定される必要がある）がある値で最大になると予想され
るが、滞留時間と陰影効果は幅Ｗを大きくすれば漸次的
に減少する。
効果及び滞留時間効果の全てが顕著になる傾向がある。
また、これらの効果の全ては、シールドの薄い内側部分
７４の半径方向幅Ｗによって影響を受けるが、それは、
この幅が、せり上がり部分７６とウエハの周縁との間隔
を構成するからである。焦準効果は、幅Ｗ（経験的に決
定される必要がある）がある値で最大になると予想され
るが、滞留時間と陰影効果は幅Ｗを大きくすれば漸次的
に減少する。
【０１０４】改良型誘電シールド７２の望ましい厚さに
影響を及ぼすもう１つの因子は、チャンバがカソード電
極２２上でウエハ２０を保持するため静電的なチャック
８６（図１２参照）を用いるか否かである。用いる場合
は、静電的なチャックがカソードとウエハの間に誘電体
を介在させ、即ちカソードとプラズマの間に容量インピ
ーダンスが介在することになる。ウエハを流れるＲＦ電
力と誘電シールドの薄い内側部分７４を流れるＲＦ電力
のバランスを維持するため、誘電シールド７２’の内側
部分７４と外側部分７６の厚さは、静電チャックのＲＦ
インピーダンスに比例して増加されるべきである。
影響を及ぼすもう１つの因子は、チャンバがカソード電
極２２上でウエハ２０を保持するため静電的なチャック
８６（図１２参照）を用いるか否かである。用いる場合
は、静電的なチャックがカソードとウエハの間に誘電体
を介在させ、即ちカソードとプラズマの間に容量インピ
ーダンスが介在することになる。ウエハを流れるＲＦ電
力と誘電シールドの薄い内側部分７４を流れるＲＦ電力
のバランスを維持するため、誘電シールド７２’の内側
部分７４と外側部分７６の厚さは、静電チャックのＲＦ
インピーダンスに比例して増加されるべきである。
【０１０５】以前に説明された試験では、図１２の改良
型シールド７２’は、幅Ｗが１４ｍｍの薄い内側部分７
４を有していた。本発明の曲線磁界では試験を行ってい
ないものの、従来のＭＥＲＩＥチャンバにおいて、幅Ｗ
が６ｍｍである特徴を有する同様のシールドで、更に良
好な結果を得た。具体的には、従来のＭＥＲＩＥチャン
バのにおいてＷを１４ｍｍから６ｍｍへ小さくした場
合、Ｗ＝１４ｍｍのデザインの均一性改善を保持しつ
つ、平均エッチング速度が向上した。従って、我々は、
本発明の曲線磁界のデザインにおいてＷ＝６ｍｍが好ま
しののではないかと推測する。
型シールド７２’は、幅Ｗが１４ｍｍの薄い内側部分７
４を有していた。本発明の曲線磁界では試験を行ってい
ないものの、従来のＭＥＲＩＥチャンバにおいて、幅Ｗ
が６ｍｍである特徴を有する同様のシールドで、更に良
好な結果を得た。具体的には、従来のＭＥＲＩＥチャン
バのにおいてＷを１４ｍｍから６ｍｍへ小さくした場
合、Ｗ＝１４ｍｍのデザインの均一性改善を保持しつ
つ、平均エッチング速度が向上した。従って、我々は、
本発明の曲線磁界のデザインにおいてＷ＝６ｍｍが好ま
しののではないかと推測する。
【０１０６】我々は、シリコンリング８４の軸方向深さ
（すなわち、厚さ）が、カソード電極とプラズマの間の
ＲＦ電力の結合にほとんど影響を与えないと予測し、そ
してそれゆえに、ウエハの上のイオン流束分布にほとん
ど影響を与えないと予測する。実際上は、シリコンリン
グは、メンテナンス要員によって設置される際の偶然の
破損を防ぐに十分厚くなければならない。また、シリコ
ンリングが厚ければ、交換までより多くの消耗に耐える
ことができる。
（すなわち、厚さ）が、カソード電極とプラズマの間の
ＲＦ電力の結合にほとんど影響を与えないと予測し、そ
してそれゆえに、ウエハの上のイオン流束分布にほとん
ど影響を与えないと予測する。実際上は、シリコンリン
グは、メンテナンス要員によって設置される際の偶然の
破損を防ぐに十分厚くなければならない。また、シリコ
ンリングが厚ければ、交換までより多くの消耗に耐える
ことができる。
【０１０７】図１３は、シリコンウエハ２０がシリコン
リング８４を押圧し電気的に接触する代替的なシールド
デザインを示す。シールドは、リップシール８９を有し
ている例示のＯリング８８等のスプリング又はエラスト
マーを有して、ウエハ２０とシリコンリング８４の間に
等圧力を維持することが好ましい。電気的にウエハを接
触するシリコンリングを用い、シリコンリングが、効果
的にウエハの延長、即ちカソード電極２２の延長にな
る。従って、この誘電体７６のデザインには、カソード
電極のシリコンリング８４の下となる部分を覆う必要が
ない。シリコンリング８４を介して結合されたＲＦ電力
は、図１２のデザインの薄い誘電部分７４の幅Ｗではな
くむしろシリコンリングの半径方向幅Ｗ’に比例するま
た、結合ＲＦ電力は、シリコンリングの電気抵抗に反比
例する。
リング８４を押圧し電気的に接触する代替的なシールド
デザインを示す。シールドは、リップシール８９を有し
ている例示のＯリング８８等のスプリング又はエラスト
マーを有して、ウエハ２０とシリコンリング８４の間に
等圧力を維持することが好ましい。電気的にウエハを接
触するシリコンリングを用い、シリコンリングが、効果
的にウエハの延長、即ちカソード電極２２の延長にな
る。従って、この誘電体７６のデザインには、カソード
電極のシリコンリング８４の下となる部分を覆う必要が
ない。シリコンリング８４を介して結合されたＲＦ電力
は、図１２のデザインの薄い誘電部分７４の幅Ｗではな
くむしろシリコンリングの半径方向幅Ｗ’に比例するま
た、結合ＲＦ電力は、シリコンリングの電気抵抗に反比
例する。
【０１０８】ウエハがカソードに誘電層８６を有してい
る静電チャックによって装着されるケースの如く、ウエ
ハ２０がカソードから電気的に絶縁されるならば、シリ
コンリング８４もカソードから電気的に絶縁されること
が重要である。カソードがアルミニウムであるならば、
後者の絶縁はカソードの表面に陽極処理を行うことによ
ってなされてもよい。ウエハがカソードから絶縁される
がシリコンリングは絶縁されていない場合、シリコンリ
ングを、ウエハより低いインピーダンスでカソードに結
合して、過多なＲＦ電力を、ウエハの代わりにシリコン
リングを通して迂回させることができる。
る静電チャックによって装着されるケースの如く、ウエ
ハ２０がカソードから電気的に絶縁されるならば、シリ
コンリング８４もカソードから電気的に絶縁されること
が重要である。カソードがアルミニウムであるならば、
後者の絶縁はカソードの表面に陽極処理を行うことによ
ってなされてもよい。ウエハがカソードから絶縁される
がシリコンリングは絶縁されていない場合、シリコンリ
ングを、ウエハより低いインピーダンスでカソードに結
合して、過多なＲＦ電力を、ウエハの代わりにシリコン
リングを通して迂回させることができる。
【０１０９】荷電粒子密度の空間的均一性は、ステップ
状の上表面を有するシリコンリング８４によって改良さ
れる。具体的には、ウエハ２０の周縁の外側に延びるシ
リコンリングの部分は、ウエハの上の表面で同一平面上
の上面を有する。この形状により、プラズマシース中の
ウエハの周縁に隣接するあらゆる不連続を最小にし、そ
れにより、ウエハに行うべきプロセスの空間的均一性を
向上する。
状の上表面を有するシリコンリング８４によって改良さ
れる。具体的には、ウエハ２０の周縁の外側に延びるシ
リコンリングの部分は、ウエハの上の表面で同一平面上
の上面を有する。この形状により、プラズマシース中の
ウエハの周縁に隣接するあらゆる不連続を最小にし、そ
れにより、ウエハに行うべきプロセスの空間的均一性を
向上する。
【０１１０】９．その他の熟考された修正 最も広い意味では、本発明は、ウエハの表面上方の磁界
の方向と勾配によって画定され、そしてそれは、この磁
界を生成するマグネットの数にも配列にも限定されな
い。例えば、例示された好ましい具体例で用いられる電
磁石に変えて永久磁石を用いることが可能である。ま
た、異なる数の永久磁石又は電磁石を用いて、本発明の
方向及び勾配を有している磁界発生することができる。
の方向と勾配によって画定され、そしてそれは、この磁
界を生成するマグネットの数にも配列にも限定されな
い。例えば、例示された好ましい具体例で用いられる電
磁石に変えて永久磁石を用いることが可能である。ま
た、異なる数の永久磁石又は電磁石を用いて、本発明の
方向及び勾配を有している磁界発生することができる。
【０１１１】実施態様によっては、要求された特性曲線
をワークピースの全体の表面の上に有する磁界を発生す
ることは、非実用的である場合もありまた望ましくない
場合もある。例えば、ワークピースの一つ以上のエッジ
の近傍の磁界パターンを変化させて、本発明によって言
及された荷電粒子ドリフト効果と無関係な物理的又は化
学的現象に起因する不均一性を相殺することが望ましい
場合がある。ワークピースの表面の大部分の上で磁界の
方向と勾配が前述の本発明の要請を満たすような磁界を
発生する場合は、この磁界が、ワークピース表面の残り
の小さな部分の上で本発明の要請から外れたとしても、
本発明の範囲内の実施であると考えられる。
をワークピースの全体の表面の上に有する磁界を発生す
ることは、非実用的である場合もありまた望ましくない
場合もある。例えば、ワークピースの一つ以上のエッジ
の近傍の磁界パターンを変化させて、本発明によって言
及された荷電粒子ドリフト効果と無関係な物理的又は化
学的現象に起因する不均一性を相殺することが望ましい
場合がある。ワークピースの表面の大部分の上で磁界の
方向と勾配が前述の本発明の要請を満たすような磁界を
発生する場合は、この磁界が、ワークピース表面の残り
の小さな部分の上で本発明の要請から外れたとしても、
本発明の範囲内の実施であると考えられる。
【０１１２】もう一つの考察は、ワークピースに衝突す
るイオンの電磁束密度がワークピースの近くのプラズマ
シースの領域の中の磁界によるものと、ワークピース自
身に占められる領域の磁界によるものとが量的に同じで
あると定義することである。従って、我々の発明の代替
的な定義としては、プラズマ励起チャンバであって、こ
のチャンバ内では、予め決めた磁界勾配の配向が、ワー
クピース上方の平坦な領域に存在し、この平坦な領域は
ワークピース領域に平行であり、ワークピースの表面積
の少なくとも半分（好ましくはほぼ１００％）の表面積
を有している。
るイオンの電磁束密度がワークピースの近くのプラズマ
シースの領域の中の磁界によるものと、ワークピース自
身に占められる領域の磁界によるものとが量的に同じで
あると定義することである。従って、我々の発明の代替
的な定義としては、プラズマ励起チャンバであって、こ
のチャンバ内では、予め決めた磁界勾配の配向が、ワー
クピース上方の平坦な領域に存在し、この平坦な領域は
ワークピース領域に平行であり、ワークピースの表面積
の少なくとも半分（好ましくはほぼ１００％）の表面積
を有している。
【０１１３】明細書と請求の範囲において方向に関する
指示、例えば「上」「下」、「上方」や「下側」等は要
素相互間の相対的配置を単に示すものであり、重力方向
に対する要素の方向を示すものではない。地球の重力の
方向は、本発明とは無関係である。例えば、ここに例示
のデザインを、半導体ウエハのフェースダウン処理に対
して逆転させてもよく、その場合、実際には地球の重力
に対しては、本発明の明細書及び請求の範囲に記載の
「上」は「下方」に、「下」は「上方」にそれぞれな
る。
指示、例えば「上」「下」、「上方」や「下側」等は要
素相互間の相対的配置を単に示すものであり、重力方向
に対する要素の方向を示すものではない。地球の重力の
方向は、本発明とは無関係である。例えば、ここに例示
のデザインを、半導体ウエハのフェースダウン処理に対
して逆転させてもよく、その場合、実際には地球の重力
に対しては、本発明の明細書及び請求の範囲に記載の
「上」は「下方」に、「下」は「上方」にそれぞれな
る。
【０１１４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体デバイス損傷の危険を減じつつも従来の磁
気励起の利益を享有するような、磁気励起プラズマチャ
ンバが提供される。
れば、半導体デバイス損傷の危険を減じつつも従来の磁
気励起の利益を享有するような、磁気励起プラズマチャ
ンバが提供される。
【図１】図１（ａ）は磁気励起プラズマチャンバ内の模
式的な縦断面図、図１（ｂ）は模式的な平面図である。
式的な縦断面図、図１（ｂ）は模式的な平面図である。
【図２】図２（ａ）は、１対の直交のコイルを用いる本
発明の具体例の模式的な平面図である。図２（ｂ）は、
同一平面上の１対のコイルを有する同様の具体例を示す
図である。
発明の具体例の模式的な平面図である。図２（ｂ）は、
同一平面上の１対のコイルを有する同様の具体例を示す
図である。
【図３】図３（ａ）は、２対の直交のコイルを使ってい
る発明の具体例の概要の平面図である。図３（ｂ）は、
各々のコイルの端が内向きに４５度の角をなす同様の具
体例を示す。
る発明の具体例の概要の平面図である。図３（ｂ）は、
各々のコイルの端が内向きに４５度の角をなす同様の具
体例を示す。
【図４】図４は、図３（ｂ）の具体例の概要の平面図で
あり、５箇所における磁界強度測定を示している。
あり、５箇所における磁界強度測定を示している。
【図５】図５は、また別の具体例における磁界パターン
の概要の平面図であり、その磁界が、図３（ａ）及び３
（ｂ）の場合とは反対であるローテーションないしベク
トルのカール関数を有している。
の概要の平面図であり、その磁界が、図３（ａ）及び３
（ｂ）の場合とは反対であるローテーションないしベク
トルのカール関数を有している。
【図６】図６は、また別の具体例の磁界パターンの概要
の平面図であり、その磁界は、方向において線形である
が、強度が非均一である。
の平面図であり、その磁界は、方向において線形である
が、強度が非均一である。
【図７】図７は、コイル電流が各回転ステップの開始時
に突然変化した場合における、図３の４つの電磁コイル
を介した電流のタイミングダイアグラムである。
に突然変化した場合における、図３の４つの電磁コイル
を介した電流のタイミングダイアグラムである。
【図８】図８は、コイル電流が各回転ステップの開始時
に徐々に且つ線形に変化した場合における、図３の４つ
の電磁コイルを介した電流のタイミングダイアグラムで
ある。
に徐々に且つ線形に変化した場合における、図３の４つ
の電磁コイルを介した電流のタイミングダイアグラムで
ある。
【図９】図９は、図８の回転の方法により、回転ステッ
プと回転ステップの間の過渡の間に生成された磁界パタ
ーンの模式的な平面図である。
プと回転ステップの間の過渡の間に生成された磁界パタ
ーンの模式的な平面図である。
【図１０】磁界強度を一定に維持するため、コイル電流
を各回転ステップの開始時に、スタガ状の速度及び時間
で変化させた場合における、図３の４つの電磁コイルを
介した電流のタイミングダイアグラムであり、回転ステ
ップ間における線形過渡を示す図である。
を各回転ステップの開始時に、スタガ状の速度及び時間
で変化させた場合における、図３の４つの電磁コイルを
介した電流のタイミングダイアグラムであり、回転ステ
ップ間における線形過渡を示す図である。
【図１１】磁界強度を一定に維持するため、コイル電流
を各回転ステップの開始時に、スタガ状の速度及び時間
で変化させた場合における、図３の４つの電磁コイルを
介した電流のタイミングダイアグラムであり、２ステッ
プ過渡を示す図である。
を各回転ステップの開始時に、スタガ状の速度及び時間
で変化させた場合における、図３の４つの電磁コイルを
介した電流のタイミングダイアグラムであり、２ステッ
プ過渡を示す図である。
【図１２】図１２は、クオーツシールドの上にあるシリ
コンリングのエッジの側面図であり、ここでは、ウエハ
がシリコンリングと接触していない図である。
コンリングのエッジの側面図であり、ここでは、ウエハ
がシリコンリングと接触していない図である。
【図１３】図１３は、クオーツシールドの上のシリコン
リングのエッジの側面図であり、ここでは、ウエハがシ
リコンリングと接触している図である。
リングのエッジの側面図であり、ここでは、ウエハがシ
リコンリングと接触している図である。
【図１４】誘電性のシールドリングと磁界パターンの種
類の関数としてのエッチング速度の空間分布のアイソメ
トリックチャートである。
類の関数としてのエッチング速度の空間分布のアイソメ
トリックチャートである。
【図１５】誘電性のシールドリングと磁界パターンの種
類の関数としてのエッチング速度の空間分布のアイソメ
トリックチャートである。
類の関数としてのエッチング速度の空間分布のアイソメ
トリックチャートである。
【図１６】図１６は、誘電性のシールドリングと磁界パ
ターンの種類の関数としてエッチング速度と均一性を示
している表である。
ターンの種類の関数としてエッチング速度と均一性を示
している表である。
１２…チャンバ壁、２０…ウエハ、４０、４２，５０，
５２…コイル、６０…ＤＣ電源。
５２…コイル、６０…ＤＣ電源。
フロントページの続き (72)発明者 ロジャー リンドリー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， パシフィック ドライ ヴ 2420， ナンバー19 (72)発明者 クラエス ビョークマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， カリフォルニア ストリート 1532 (72)発明者 シュー ユ チャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ミルピタス， ローズ ドライヴ 230 (72)発明者 リチャード プラヴィダル アメリカ合衆国， ニュー ヨーク州， ラ グランジェヴィル， リタ レーン 14 (72)発明者 ブライアン プ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ロサト コート 3064 (72)発明者 ジ ディング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ニュー アーク， シーダー ブルヴァー ド 39975， ナンバー133 (72)発明者 ゾンギュ リ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， リード アヴェニュー 1180， ナンバー66 (72)発明者 クアン−ハン キ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， ライト アヴェニ ュー 928， ナンバー902 (72)発明者 マイケル ウェルチ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， リヴァーモア， ロマ ストリート 940
Claims (76)
- 【請求項１】 プラズマから半導体ワークピース表面へ
のイオン流束の瞬間的な空間的均一性を向上する磁気励
起プラズマチャンバであって、 平坦な半導体ワークピースを保持することにより、ワー
クピースがワークピース領域を占めるようなる、ワーク
ピース保持のためのチャックと、 該ワークピース領域の上方の第１の領域にプラズマを生
成するプラズマソースと、 平坦な第２の領域に磁界を発生させるためのマグネット
であって、該第２の領域のあらゆる地点において磁界の
方向が、(i)該地点における磁界の大きさの勾配と、(i
i)ワークピースからプラズマに向かって垂直に伸びるベ
クトルと、のベクトル外積にほぼ等しい、前記マグネッ
トとを備え、該第２の領域が該ワークピース領域と平行
且つ該ワークピース領域に隣接しており、また、該第２
の領域が該ワークピース領域の表面積の少なくとも半分
となる表面積を有する、磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２】 該第２の領域のすべての地点における磁
界が、該ワークピース領域と実質的に平行である請求項
１に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項３】 該瞬間的な空間的均一性が、該第２の領
域に沿った地点ではどの瞬間においても単一の点で最大
値を有する大きさを有し、また、 該瞬間的な空間的均一性が、該ワークピース領域上方か
ら見たときに該単一の点に対して反時計方向の曲線を有
する請求項１に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４】 該単一の点が、該ワークピース領域の周
縁近くに位置する請求項３に記載の磁気励起プラズマチ
ャンバ。 - 【請求項５】 該単一の点の位置が、経時的に、該ワー
クピース領域の周縁の周りに回転する請求項４に記載の
磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項６】 該瞬間的な空間的均一性が、該第２の領
域に沿った地点ではどの瞬間においても単一の点で最大
値を有する大きさを有し、また、 該瞬間的な空間的均一性が、該ワークピース領域上方か
ら見たときに該単一の点に対して時計方向の曲線を有す
る請求項１に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項７】 該単一の点が、該ワークピース領域の周
縁近くに位置する請求項６に記載の磁気励起プラズマチ
ャンバ。 - 【請求項８】 該単一の点の位置が、経時的に、該ワー
クピース領域の周縁の周りに回転する請求項７に記載の
磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項９】 該第２の領域に沿った地点では、 瞬間的な磁界ベクトルは第１の仮想平行線と第２の仮想
平行線とに平行であり、ここで該第１の仮想平行線と該
第２の仮想平行線は、ワークピース領域の周縁のそれぞ
れ反対側に交差するものであり、前記磁界ベクトルは該
第１の仮想平行線と該第２の仮想平行線とから垂直に伸
びるベクトルから、時計方向に９０度である向きを有
し、また、 瞬間的な磁界は、該第１の仮想平行線に隣接する点から
該第２の仮想平行線に隣接する点へ漸次増加する大きさ
を有する請求項１に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項１０】 該瞬間的な磁界ベクトルと、該第１の
仮想平行線及び該第２の仮想平行線とが、経時的に回転
する請求項９に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項１１】 該第２の領域が、該ワークピース領域
に一致する請求項１に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項１２】 プラズマから半導体ワークピース表面
へのイオン流束の瞬間的な空間的均一性を向上する磁気
励起プラズマチャンバであって、 半導体ワークピースを保持することにより、周縁により
境界が与えられるワークピース領域をワークピースが占
めるようなる、ワークピース保持のためのチャックと、 該ワークピース領域の上方の領域にプラズマを生成する
プラズマソースと、 該ワークピース領域の周縁の周りで別々の方位角に位置
するＮ磁極及びＳ磁極とを備え該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁
極の方位角が、該ワークピース領域を上から見たとき中
心軸の周りに時計方向にある磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項１３】 該Ｎ磁極が単一のマグネットのＮ磁極
であり、該Ｓ磁極が単一のマグネットのＳ磁極である請
求項１２に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項１４】 該Ｎ磁極と該Ｓ磁極が、別々の電磁石
である請求項１２に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項１５】 該Ｎ磁極と該Ｓ磁極がそれぞれ、互い
に垂直である磁力軸を有する請求項１２に記載の磁気励
起プラズマチャンバ。 - 【請求項１６】 プラズマから半導体ワークピース表面
へのイオン流束の瞬間的な空間的均一性を向上する磁気
励起プラズマチャンバであって、 半導体ワークピースを保持することにより、周縁により
境界が与えられるワークピース領域をワークピースが占
めるようなる、ワークピース保持のためのチャックと、 該ワークピース領域の上方の領域にプラズマを生成する
プラズマソースと、 該ワークピース領域の周縁の周りで該ワークピース領域
を上から見たとき中心軸の周りに時計方向にあり、以下
の並び順に増える方位角に位置する、第１のＮ磁極と、
第１のＳ磁極と、第２のＳ磁極と、第２のＮ磁極とを備
え、 該磁極のそれぞれは、該ワークピース領域の中心軸から
離れるよりも中心軸に向く方が強い方向に向き、 該第１のＮ磁極の場所と該第１のＳ磁極の場所とが、該
ワークピース領域の一方の側にあり、該第２のＮ磁極の
場所と該第２のＳ磁極の場所とが、該ワークピース領域
の前記一方の側と方位角的に反対側である第２の側にあ
り、 該第１のＮ磁極と該第１のＳ磁極とがその間に、第１の
磁界を発生し、該第２のＮ磁極と該第２のＳ磁極とがそ
の間に、第２の磁界を発生し、該第１の磁界は該第２の
磁界よりも実質的に強力である磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項１７】 該第１のＮ磁極が第１のマグネットの
Ｎ極であり、該第１のＳ磁極が第１のマグネットのＳ極
であり、 該第２のＮ磁極が第２のマグネットのＮ極であり、該第
２のＳ磁極が第２のマグネットのＳ極である請求項１６
に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項１８】 該第１のＮ磁極と該第２のＮ磁極と該
第１のＳ磁極と該第２のＳ磁極とがそれぞれ、別々の電
磁石である請求項１６に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項１９】 該第１のＮ磁極と該第２のＳ磁極とが
それぞれ、互いに平行な磁力軸を有し、 該第２のＮ磁極と該第１のＳ磁極とがそれぞれ、該第１
のＮ磁極の磁力軸と該第２のＳ磁極の磁力軸に垂直な磁
力軸を有する請求項１６に記載の磁気励起プラズマチャ
ンバ。 - 【請求項２０】 プラズマから半導体ワークピース表面
へのイオン流束の瞬間的な空間的均一性を向上する磁気
励起プラズマチャンバであって、 該チャンバの内側領域に面する上面を有するカソード電
極と、 前記領域内にプラズマを発生させるプラズマソースであ
って、該プラズマソースは、ＲＦシグナルを該カソード
電極に供給して該カソード電極に隣接するプラズマシー
スをプラズマ内に発生するよう接続されるＲＦ電源を有
する、前記プラズマソースと、 半導体ワークピースを保持することにより、該カソード
電極の上面と平行で且つ該カソード電極の該上面の真上
のワークピース領域をワークピースが占めるようにな
る、ワークピース保持のためのチャックであって、該カ
ソード電極の該上面は、該ワークピースの周縁を囲みこ
れよりも大きな周縁を有する、前記チャックと、 該ワークピース領域の周縁の周りで別々の方位角に位置
するＮ磁極及びＳ磁極であって、該磁極のそれぞれは、
該ワークピース表面の中心軸から離れるよりも中心軸に
向かう方が強い方向に向き、該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁極
の方位角が、該ワークピース領域を上から見たとき中心
軸の周りに時計方向にある、前記Ｎ磁極及び前記Ｓ磁極
と、 該ワークピース領域周縁の外側になる該カソードの上面
の部分の上にあるカバーであって、該カバーの該ワーク
ピース領域に隣接する第１の部分は、該カソード電極に
隣接するプラズマシースが該カバーの前記第１の部分の
上方に伸びる程度に充分低い電気インピーダンスを、前
記ＲＦシグナルに対して有する、前記カバーとを備える
磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２１】 該カバーの該第１の部分が第１の誘電
シールドを有し、 該カバーが更に、該カバーの周縁の外側に第２の誘電シ
ールドを有し、 該第１の誘電シールドと該第２の誘電シールドがそれぞ
れ、該カソードとプラズマの間のＲＦ電流に対して、単
位面積当たりの第１のインピーダンスと第２のインピー
ダンスを与え、単位面積当たりの該第１のインピーダン
スは。単位面積当たりの第２のインピーダンスよりも実
質的に小さい請求項２０に記載の磁気励起プラズマチャ
ンバ。 - 【請求項２２】 該カバーの該第１の部分が第１の誘電
シールドを有し、 該カバーが更に、該カバーの周縁の外側に第２の誘電シ
ールドを有し、 該第１の誘電シールドと該第２の誘電シールドが同じ誘
電材料製であり、該第１のシールドの誘電材料は、該カ
ソードの上面に垂直な方向に沿った厚さについて、該第
２のシールドの誘電材料よりも実質的に小さい請求項２
０に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２３】 該カバーの該第１の部分が誘電体でな
い層を有する請求項２０に記載の磁気励起プラズマチャ
ンバ。 - 【請求項２４】 誘電体でない該材料が半導体である請
求項２３に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２５】 該チャックが該非誘電材料の層に接触
して該ワークピースを保持する請求項２３に記載の磁気
励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２６】 該非誘電体材料が半導体である請求項
２５に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２７】 該カバーの該第１の部分がシリコンの
層を有する請求項２０に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項２８】 該ワークピースがシリコンウエハであ
る請求項２７に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項２９】 該カバーの該第１の部分が、該ワーク
ピース領域と略同一平面であり且つ該ワークピース領域
の周縁に垂直である、半径方向の幅を有し、 該ワークピース領域の部分のうち該ワークピース領域の
周縁の近傍で且つ該Ｎ磁極の方位角と該Ｓ磁極の方位角
の間の部分に至る、プラズマからのイオン流束の密度
を、平均値よりも高めるように、前記半径方向幅のサイ
ズが与えられ、 前記平均値は、該ワークピース領域全体へのイオン流束
の空間的平均密度である請求項２０に記載の磁気励起プ
ラズマチャンバ。 - 【請求項３０】 該チャンバが、ワークピースのエッチ
ングのためのプラズマエッチチャンバであり、該エッチ
ングはエッチング速度で特性が与えられ、 該カバーの該第１の部分が、該ワークピース領域と略同
一平面であり且つ該ワークピース領域の周縁に垂直であ
る、半径方向の幅を有し、 該ワークピース領域のうち該ワークピース領域の周縁の
近傍で且つ該Ｎ磁極の方位角と該Ｓ磁極の方位角の間の
領域におけるエッチング速度を、平均値よりも高めるよ
うに、前記半径方向幅のサイズが与えられ、 前記平均値は、該ワークピース領域全体についてのエッ
チング速度の空間的平均密度である請求項２０に記載の
磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項３１】 該カバーの該第１の部分が、該ワーク
ピース領域と略同一平面であり且つ該ワークピース領域
の周縁に垂直である、半径方向の幅を有し、プラズマか
らのイオン流束のワークピース領域の上方における空間
的均一性を高めるように、前記半径方向幅のサイズが与
えられる請求項２０に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項３２】 該チャンバが、ワークピースのエッチ
ングのためのプラズマエッチチャンバであり、該エッチ
ングはエッチング速度で特性が与えられ、 該カバーの該第１の部分が、該ワークピース領域と略同
一平面であり且つ該ワークピース領域の周縁に垂直であ
る、半径方向の幅を有し、前記半径方向幅はワークピー
スのエッチング速度の空間的均一性を向上するようなサ
イズが与えられる請求項２０に記載の磁気励起プラズマ
チャンバ。 - 【請求項３３】 該ワークピースが、円形の半導体ウエ
ハを受容するための円形の領域を有し、該カバーの該第
１の部分が環状の形状を有する請求項２０に記載の磁気
励起プラズマチャンバ。 - 【請求項３４】 プラズマから半導体ワークピース表面
へのイオン流束の瞬間的な空間的均一性を向上する磁気
励起プラズマチャンバであって、 該チャンバの内側領域に面する上面を有するカソード電
極と、 前記領域内にプラズマを発生させるプラズマソースであ
って、該プラズマソースは、ＲＦシグナルを該カソード
電極に供給するために接続されるＲＦ電源を有する、前
記プラズマソースと、 半導体ワークピースを保持することにより、該カソード
電極の上面と平行で且つ該カソード電極の該上面の真上
のワークピース領域をワークピースが占めるようなる、
ワークピース保持のためのチャックであって、該カソー
ド電極の該上面は、該ワークピースの周縁を囲みこれよ
りも大きな周縁を有する、前記チャックと該ワークピー
ス領域の周縁の周りに別々に位置するＮ磁極及びＳ磁極
であって、該磁極のそれぞれは、該ワークピース領域の
中心軸から離れるよりも中心軸に向かう方が強い方向に
向き、該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁極の位置が、該ワークピ
ース領域を上から見たとき中心軸の周りに時計方向にあ
る、前記Ｎ磁極及び前記Ｓ磁極と、 該ワークピース領域周縁の外側になる該カソードの上面
の部分の上にあるカバーであって、該カバーは、同じ誘
電定数を有する材料でそれぞれできた内側同心カバーセ
グメントと外側同心カバーセグメントを有し、該内側同
心カバーセグメントは、該カソードの上面に垂直な方向
に沿った厚さが、該外側同心カバーセグメントよりも薄
い磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項３５】 該磁界の勾配を電気的に調節する電気
制御回路を更に有する請求項１に記載の磁気励起プラズ
マチャンバ。 - 【請求項３６】 該チャンバが電源を更に有し、 該マグネットが、該電源からの電流を受容するために接
続される電磁石を備え、 該電気制御回路が、該電源が該電磁石に与える電流量を
調節する請求項３５に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項３７】 該ワークピース領域の周縁の周りに間
隔をおいて続けて配置される複数の電磁石と、 該電磁石に電流を供給するための電源であって、 該電源は、前記Ｎ磁極と前記Ｓ磁極を形成するように、
該電磁石それぞれに異なる電流信号を供給し、 該電源は、回転する磁界を発生するように、前記異なる
電流信号を、該電磁石のそれぞれに順に続けて供給する
前記電源とを更に備える請求項１２に記載の磁気励起プ
ラズマチャンバ。 - 【請求項３８】 該ワークピース領域の周縁の周りに間
隔をおいて続けて配置される複数の電磁石と、 該電磁石に電流を供給するための電源であって、 該電源は、前記Ｎ磁極と前記Ｓ磁極を形成するように、
該電磁石それぞれに異なる電流信号を供給し、 該電源は、回転する磁界を発生するように、前記異なる
電流信号を、該電磁石のそれぞれに順に続けて供給する
前記電源とを更に備える請求項１６に記載の磁気励起プ
ラズマチャンバ。 - 【請求項３９】 該第１の磁界強度と該第２の磁界強度
との比を調節するための手段を更に備える請求項１６に
記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４０】 該第１のマグネットにより発生する磁
界強度と該第２のマグネットにより発生する磁界強度と
の比を調節するための手段を更に備える請求項１７に記
載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４１】 該チャンバが更に電源を備え、 該第１のマグネットと該第２のマグネットとの一方が、
該電源からの電流を受容するために接続される電磁石を
有し、 前記電磁界比を調節するための該手段が、該電源が該電
磁石に与える電流量を調節するコントローラ回路を有す
る請求項４０に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４２】 該第１のマグネットが第１の電磁石
を、該第２のマグネットが第２の電磁石を、それぞれ有
し、 前記磁界強度比を調節するための手段が、該第１の電磁
石と該第２の電磁石に電流を与えるための電源を備え、
該電源は、該第１の電磁石に該電源が与える電流の量と
該第２の電磁石に該電源が与える電流の量との比を調節
可能である請求項４０に記載の磁気励起プラズマチャン
バ。 - 【請求項４３】 前記磁界強度比を調節するための手段
が、該４つの電磁石に電流を与えるための電源を備え、 該電源が、(i)該第１のＮ磁極の電磁石と該第１のＳ磁
極の電磁石への電源により与えられる電流と、(ii)該第
２のＮ磁極の電磁石と該第２のＳ磁極の電磁石への電源
により与えられる電流と、の比を調節可能である請求項
１８に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４４】 半導体ワークピースを処理するための
磁気励起プラズマチャンバであって、 ワークピース支持領域でワークピースを保持するための
ワークピース支持体と、 該ワークピース支持領域の周縁の周りに間隔をおいて配
置される複数の電磁石と、 該電磁石が共働して経時的に回転する磁界を発生するよ
う、連続する時間インターバルに対して決まった電力値
の電流信号を連続して各電磁石に与えるための、電源と
を備え、 前記時間インターバルのそれぞれは、各電磁石に与えら
れる電流の値を該電源が変化させる遷移時間によって隔
てられ、 各遷移時間の間、磁極が変化せず大きさが変化する電流
変化が電源により与えられる電磁石に対して、該遷移時
間の短い部分の間、該電源が前記電流変化を与え、 各遷移時間の間、磁極の変化を含む電流変化が電源によ
り与えられる電磁石に対して、該遷移時間の長い部分の
間、該電源が前記電流変化を与え、 それぞれの遷移時間の該長い部分が、それぞれの遷移時
間の該短い部分よりも実質的に長い磁気励起プラズマチ
ャンバ。 - 【請求項４５】 それぞれの遷移時間の該長い部分が、
それぞれの遷移時間全体と実質的に等しく、 それぞれの遷移時間の該短い部分が、それぞれの遷移時
間の半分に実質的に等しい請求項４４に記載の磁気励起
プラズマチャンバ。 - 【請求項４６】 各遷移時間の間、磁極が変化せず大き
さが増加する電流変化が電源により与えられる電磁石に
対して、該遷移時間の最初のセグメントの間、該電源が
前記電流変化を与え、 各遷移時間の間、磁極が変化せず大きさが減少する電流
変化が電源により与えられる電磁石に対して、該遷移時
間の最後のセグメントの間、該電源が前記電流変化を与
える請求項４４に記載の磁気励起プラズマチャンバ。 - 【請求項４７】 プラズマから半導体ワークピース表面
へイオン流束を発生する方法であって、 平坦な表面を有する半導体ワークピースを保持するステ
ップと、 該ワークピースの表面の上方の領域にプラズマを生成す
るステップと、 平坦な領域に磁界を発生するステップであって、該平坦
な領域は、該平坦な領域のあらゆる地点において磁界の
方向が、(i)該地点における磁界の大きさの勾配と、(i
i)ワークピースからプラズマに向かって垂直に伸びるベ
クトルと、のベクトル外積にほぼ等しい、領域である、
該発生のステップとを有し、該プラズマ領域は該ワーク
ピース領域と平行且つ該ワークピース領域に隣接してお
り、また、該プラズマ領域は該ワークピース領域の表面
積の少なくとも半分となる表面積を有する方法。 - 【請求項４８】 プラズマから半導体ワークピース表面
へイオン流束を発生する方法であって、 周縁で仕切られる表面を有する半導体ワークピースを保
持するステップと、 該ワークピースの表面の上方の領域にプラズマを生成す
るステップと、 該ワークピースの表面の周縁の周りに別々の方位角でＮ
磁極とＳ磁極とを配置するステップであって、 該磁極のそれぞれは、該ワークピース表面の中心軸から
離れるよりも中心軸に向かう方が強い方向に向き、 該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁極の方位角が、該ワークピース
表面を上から見たとき中心軸の周りに時計方向にある前
記配置のステップとを有する方法。 - 【請求項４９】 プラズマから半導体ワークピース表面
へイオン流束を発生する方法であって、 周縁で仕切られる表面を有する半導体ワークピースを保
持するステップと、 該ワークピースの表面の上方の領域にプラズマを生成す
るステップと、 該ワークピース領域の周縁の周りで該ワークピース領域
を上から見たとき中心軸の周りに時計方向に以下の並び
順に増える方位角で、第１のＮ磁極と、第１のＳ磁極
と、第２のＳ磁極と、第２のＮ磁極とを配置する配置の
ステップであって、 該磁極のそれぞれは、該ワークピースの領域の中心軸か
ら離れるよりも中心軸に向く方が強い方向に向き、 該第１のＮ磁極の場所と該第１のＳ磁極の場所とが、該
ワークピースの領域の一方の側にあり、該第２のＮ磁極
の場所と該第２のＳ磁極の場所とが、該ワークピース領
域の前記一方の側と方位角的に反対側である第２の側に
あり、 該第１のＮ磁極と該第１のＳ磁極とがその間に、第１の
磁界を発生し、該第２のＮ磁極と該第２のＳ磁極とがそ
の間に、第２の磁界を発生し、該第１の磁界は該第２の
磁界よりも実質的に強力である前記配置のステップとを
有する方法。 - 【請求項５０】 該第１の磁界の強度と該第２の磁界の
強度との比を調節するステップを更に有する請求項４９
に記載の方法。 - 【請求項５１】 前記配置のステップにおいて、 該第１のＮ磁極と該第１のＳ磁極とを配置する工程が、
該第１のＮ磁極と該第１のＳ磁極とを有する第１のマグ
ネットを与える工程を有し、 該第２のＳ磁極と該第２のＮ磁極とを配置する工程が、
該第２のＳ磁極と該第２のＮ磁極とを有する第２のマグ
ネットを与える工程を有する請求項４９に記載の方法。 - 【請求項５２】 該第１のマグネットにより発生した磁
界の強度と該第２のマグネットにより発生した磁界の強
度との比を調節する調節のステップを更に有する請求項
５１に記載の方法。 - 【請求項５３】 該第１のマグネットと該第２のマグネ
ットの一方として電磁石を与えるステップと、 該電磁石に電流を供給するステップと、を更に有し、該
調節のステップが、該電磁石に供給される前記電流の量
を調節する工程を有する請求項５２に記載の方法。 - 【請求項５４】 該第１のマグネットとして第１の電磁
石を、該第２のマグネットとして第２の電磁石を、それ
ぞれ与えるステップと、 該第１の電磁石に第１の電流を、該第２の電磁石に第２
の電流を、それぞれ供給するステップと、を更に有し、
該調節のステップが、該第１の電流と該第２の電流との
比を調節する工程を有する請求項５２に記載の方法。 - 【請求項５５】 前記配置のステップが更に、 該第１のＮ磁極と、該第１のＳ磁極と、該第２のＮ磁極
と、該第２のＳ磁極とのそれぞれの配置に、別々の電磁
石を配置する工程を有する請求項４９に記載の方法。 - 【請求項５６】 該第１のＮ磁極と該第１のＳ磁極に第
１の電流量を供給するステップと、 該第２のＮ磁極と該第２のＳ磁極に第２の電流量を供給
するステップと、 該第１の量の電流と該第２の電流量との比を調節するス
テップとを更に有する請求項５５に記載の方法。 - 【請求項５７】 前記配置のステップが更に、 該第１のＮ磁極と該第２のＳ磁極を、それぞれの磁力軸
が平行となるように配向させる工程と、 該第２のＮ磁極と該第１のＳ磁極を、それぞれの磁力軸
が、該第１のＮ磁極及び該第２のＳ磁極の磁力軸と垂直
となるように、配向させる工程と、を更に有する請求項
４９に記載の方法。 - 【請求項５８】 複数の電磁石を、該ワークピース表面
の周縁の周りに間隔をおいて続けて配置するステップ
と、 前記Ｎ磁極と前記Ｓ磁極を形成するように、該電磁石そ
れぞれに異なる電流信号を供給するステップと、 回転する磁界を発生するように、前記異なる電流信号
を、該電磁石のそれぞれに順に続けて供給するステップ
とを更に有する請求項４９に記載の方法。 - 【請求項５９】 プラズマから半導体ワークピース表面
へイオン流束を発生する方法であって、 周縁で仕切られる上面を有するカソード電極を与えるス
テップと、 該カソード電極の該上面がプラズマチャンバの内側領域
を向くように、該カソード電極を該プラズマチャンバの
中に設置するステップと、 前記内側領域内にプラズマを発生させ該カソード電極に
隣接してプラズマシースを発生させるように、ＲＦシグ
ナルを該カソード電極に供給するステップと、 該ワークピース表面が、該内側領域に面し、且つ、該カ
ソード電極の上面と平行で且つ該カソード電極の該上面
の真上になるように、半導体ワークピースを保持する保
持のステップであって、該ワークピース表面は、該カソ
ード電極の該上面の周縁により囲まれこれよりも小さな
周縁を有する、前記保持のステップと、 該ワークピース領域の周縁の周りで別々の方位角に、Ｎ
磁極及びＳ磁極を配置する磁極配置のステップであっ
て、 該磁極のそれぞれは、該ワークピース表面の中心軸から
離れるよりも中心軸に向かう方が強い方向に向き、 該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁極の方位角が、該ワークピース
領域を上から見たとき中心軸の周りに時計方向にある、
前記磁極配置のステップと、 該ワークピース領域周縁の外側になる該カソードの上面
の部分の上となるようにカバーを配置するカバー配置の
ステップであって、該カバーの該ワークピース領域に隣
接する第１の部分は、該カソード電極に隣接するプラズ
マシースが該カバーの前記第１の部分の上方に伸びる程
度に充分低い電気インピーダンスを、前記ＲＦシグナル
に対して有する、前記カバー配置のステップとを有する
方法。 - 【請求項６０】 前記カバー配置のステップが更に、 第１の誘電シールドを該カバーの前記第１の部分に与え
る工程と、 該第１の誘電シールドの周縁の外側の第２の誘電シール
ドを、該カバーに与える工程と、を更に備え、 該第１の誘電シールドと該第２の誘電シールドがそれぞ
れ、該カソードとプラズマの間のＲＦ電流に対して、単
位面積当たりの第１のインピーダンスと第２のインピー
ダンスを与え、単位面積当たりの該第１のインピーダン
スは。単位面積当たりの第２のインピーダンスよりも実
質的に小さい請求項５９に記載の方法。 - 【請求項６１】 前記カバー配置のステップが更に、 第１の誘電シールドを該カバーの前記第１の部分に与え
る工程と、 該第１の誘電シールドの周縁の外側の第２の誘電シール
ドを、該カバーに与える工程と、を更に備え、該第１の
誘電シールドと該第２の誘電シールドが同じ誘電材料製
であり、該第１のシールドの誘電材料は、該カソードの
上面に垂直な方向に沿った厚さについて、該第２のシー
ルドの誘電材料よりも実質的に小さい請求項５９に記載
の方法。 - 【請求項６２】 前記カバー配置のステップが更に、前
記第１の部分の少なくとも一部を、誘電体ではない材料
の層で作る工程を有する請求項５９に記載の方法。 - 【請求項６３】 誘電体ではない該材料が半導体である
請求項６２に記載の方法。 - 【請求項６４】 該誘電体ではない材料の層に該ワーク
ピースを接触させて保持するステップを更に有する請求
項６２に記載の方法。 - 【請求項６５】 誘電体ではない該材料が半導体である
請求項６４に記載の方法。 - 【請求項６６】 前記カバー配置のステップが更に、前
記第１の部分の少なくとも一部を、シリコンの層で作る
工程を有する請求項５９に記載の方法。 - 【請求項６７】 前記保持のステップが、シリコンウエ
ハワークピースを保持する工程を有する請求項６６に記
載の方法。 - 【請求項６８】 該ワークピース表面の部分のうち該ワ
ークピース領域の周縁の近傍で且つ該Ｎ磁極の方位角と
該Ｓ磁極の方位角の間の部分に至る、プラズマからのイ
オン流束の密度を、平均値よりも高めるように、前記カ
バーの前記半径方向幅のサイズを与えるステップを更に
有し、 前記半径方向の幅は、該ワークピース表面と略同一平面
であり且つ該ワークピース表面の周縁に垂直であり、 前記平均値は、該ワークピース表面全体へのイオン流束
の空間的平均密度である請求項５９に記載の方法。 - 【請求項６９】 プラズマエッチングプロセスにより該
ワークピースをエッチングするステップと、 該ワークピースのうち該周縁の近傍で且つ該Ｎ磁極の方
位角と該Ｓ磁極の方位角の間にある部分におけるワーク
ピースエッチング速度を、平均値よりも高めるように、
前記カバーの前記半径方向幅のサイズを与えるステップ
とを更に有し、 前記半径方向の幅は、該ワークピース表面と略同一平面
であり且つ該ワークピース表面の周縁に垂直であり、 前記平均値は、該ワークピース領域全体へのイオン流束
の空間的平均密度である請求項５９に記載の方法。 - 【請求項７０】 プラズマからのイオン流束のワークピ
ース領域上方の空間的均一性を高めるように、前記カバ
ーの前記半径方向幅のサイズを与えるステップを更に有
し、 前記半径方向の幅は、該ワークピース表面と略同一平面
であり且つ該ワークピース表面の周縁に垂直である請求
項５９に記載の方法。 - 【請求項７１】 プラズマエッチングプロセスにより該
ワークピースをエッチングするステップと、 ワークピースのエッチング速度の空間的均一性を高める
ように、前記カバーの前記半径方向幅のサイズを与える
ステップとを更に有し、 前記半径方向の幅は、該ワークピース表面と略同一平面
であり且つ該ワークピース表面の周縁に垂直である請求
項５９に記載の方法。 - 【請求項７２】 前記保持のステップが、円形の半導体
ワークピースを保持する工程を有し、 カバーの前記第１の部分が環状の形状を有する請求項５
９に記載の方法。 - 【請求項７３】 プラズマから半導体ワークピース表面
へイオン流束を発生する方法であって、 周縁で仕切られる上面を有するカソード電極を与えるス
テップと、 該カソード電極の該上面がプラズマチャンバの内側領域
を向くように、該カソード電極を該プラズマチャンバの
中に設置するステップと、 前記内側領域内にプラズマを発生させ該カソード電極に
隣接してプラズマシースを発生させるように、ＲＦシグ
ナルを該カソード電極に供給するステップと、 該ワークピース表面が、該内側領域に面し、且つ、該カ
ソード電極の上面と平行で且つ該カソード電極の該上面
の真上になるように、半導体ワークピースを保持する保
持のステップであって、該ワークピース表面は、該カソ
ード電極の該上面の周縁により囲まれこれよりも小さな
周縁を有する、前記保持のステップと、 該ワークピース領域の周縁の周りで別々の方位角に、Ｎ
磁極及びＳ磁極を配置する磁極配置のステップであっ
て、 該磁極のそれぞれは、該ワークピース表面の中心軸から
離れるよりも中心軸に向かう方が強い方向に向き、 該Ｎ磁極に対する該Ｓ磁極の方位角が、該ワークピース
領域を上から見たとき中心軸の周りに時計方向にある、
前記磁極配置のステップと、 該ワークピース領域周縁の外側になる該カソードの上面
の部分の上となるようにカバーを配置するカバー配置の
ステップであって、該カバーは、同じ誘電定数を有する
材料でそれぞれできた内側同心カバーセグメントと外側
同心カバーセグメントを有し、該内側同心カバーセグメ
ントは、該カソードの上面に垂直な方向に沿った厚さ
が、該外側同心カバーセグメントよりも薄い、前記カバ
ー配置のステップとを有する方法。 - 【請求項７４】 半導体ワークピースへのプラズマプロ
セスを磁気励起する方法であって、 周縁で仕切られるワークピース支持領域で半導体ワーク
ピースを保持するステップと、 該ワークピース支持領域の周縁の周りに複数の電磁石を
間隔をおいて配置するステップと、 該電磁石が共働して経時的に回転する磁界を発生するよ
う、連続する時間インターバルに対して決まった連続す
る電力値の電流信号を各電磁石に供給する供給のステッ
プであって、前記時間インターバルのそれぞれは、各電
磁石に与えられる電流の値が変化する遷移時間によって
隔てられ、前記供給のステップが、 各遷移時間の間、磁極が変化せず大きさが変化する電流
変化が与えられる電磁石に対して、該遷移時間の短い部
分の間、前記電流変化が与えられ、 各遷移時間の間、磁極の変化を含む電流変化が与えられ
る電磁石に対して、該遷移時間の長い部分の間、前記電
流変化が与えられ、 それぞれの遷移時間の該長い部分が、それぞれの遷移時
間の該短い部分よりも実質的に長い前記供給のステップ
とを有する方法。 - 【請求項７５】 それぞれの遷移時間の該長い部分が、
それぞれの遷移時間全体と実質的に等しく、 それぞれの遷移時間の該短い部分が、それぞれの遷移時
間の半分に実質的に等しい請求項７４に記載の方法。 - 【請求項７６】 各遷移時間の間、磁極が変化せず大き
さが増加する電流変化が与えられる電磁石に対して、該
遷移時間の最初のセグメントの間、前記電流変化を与え
る工程と、 各遷移時間の間、磁極が変化せず大きさが減少する電流
変化が与えられる電磁石に対して、該遷移時間の最後の
セグメントの間、前記電流変化を与える工程とを更に有
する請求項７４に記載の方法。
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