JPH10507875A

JPH10507875A - 導電性材料をスパッタリングする誘導結合プラズマスパッタリング反応室

Info

Publication number: JPH10507875A
Application number: JP8513862A
Authority: JP
Inventors: ベイヤーロバート; ディーランツマンアレクサンダー; エーセアマルコジェームス
Original assignee: マテリアルズリサーチコーポレーション
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1998-07-28
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: CA2202530A1; DE69410830D1; JP3513542B2; EP0788654B1; TW277203B; WO1996013051A1; EP0788654A1; AU1332895A; KR100349426B1; US5569363A; DE69410830T2

Abstract

(57)【要約】誘導結合プラズマチャンバの内壁に遮蔽体（２３）が配設され、チャンバを駆動する誘導コイル（１１）に対向する壁の被遮蔽領域（２４）を略覆い、この領域においてウエハ（１３）からスパッタリングされた材料が堆積することを防止することにより、チャンバ（１２）内周を周回する渦電流に電流経路が形成されることを防止し、チャンバ内のプラズマへの電力の誘導結合を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称導電性材料をスパッタリングする誘導結合プラズマスパッタリング反応室技術分野本発明は、導電性材料の誘導結合スパッタリングに関する。背景技術スパッタリングプロセスにおいて、スパッタリング処理を施される半導体ウェハ等の基板は、ガスが充填された真空反応室内に取り付けられる。反応室内のガスは、電気的に励起され、反応室内にプラズマが発生する。スパッタエッチングプロセスにおいては、プラズマからのイオンが基板表面に衝突し、基板表面にコーティングされている材料の粒子を叩き出す。叩き出された粒子は、主に反応室の内壁面に付着して膜を形成する。スパッタコーティングプロセスにおいては、反応室内にターゲットが配置され、プラズマからのイオンがターゲットに衝突し、ターゲットから粒子が叩き出され、粒子はウェハ及び反応室の内壁面に付着する。誘導結合プラズマスパッタリング反応室では、絶縁性のチャンバが用いられる。このチャンバの外周に設けられた螺旋状のコイルによって生成される磁界により、励起が部分的に行われる。コイルは、石英ジャー等の絶縁性の障壁によりチャンバから隔離されている。金属や他の導電性のコーティングに誘導結合プラズマスパッタリングを行う際、例えばウェハから叩き出された粒子が、チャンバの内壁面に導電性の膜を形成しやすいことが問題となる。チャンバを定期的に洗浄しないと、この膜が堆積し、膜の電気抵抗が小さくなるため、コイルによる磁界がこの導電性の膜に渦電流を発生させる。この渦電流は、コイルによる磁束がチャンバ内への透過することを妨害するものであり、プラズマを発生させる性能を低下させたり、さらには、プラズマの発生そのものを妨害してしまうことがある。チャンバの定期的な洗浄あるいは交換は、労力と時間の両方を費やすものである。また、定期的な洗浄を行っても、導電性の膜が反応室内に堆積するにつれて、反応室の性能が低下することを完全に防止することはできない。したがって、コスト及び性能向上の観点から、反応チャンバ内部の導電性の膜の堆積によってプラズマの発生量が減少することを防止する誘導結合プラズマスパッタ反応室の実現が望まれている。発明の開示本発明の原理によれば、誘導結合プラズマスパッタリング反応室の内壁面に遮蔽体が配設される。遮蔽体は、チャンバを駆動する誘導コイルの裏面側である内壁面の被遮蔽領域を略覆い、この被遮蔽領域におけるスパッタリング材料の堆積を防止することにより、チャンバ壁を周回する渦電流の電流経路の形成を防止し、チャンバ内のプラズマに対する電気エネルギの誘導結合を向上させる。具体的な実施例において、遮蔽体は細長く、その長手方向は誘導コイルの中心軸に平行に配置される。遮蔽体は、チャンバ壁に接触する１以上の支持体を有する。支持体は、チャンバ壁から内方向に突出し、支持体から接線方向に（チャンバ壁に平行に）延出する細長い覆板を支持し、この覆板により被遮蔽領域を覆う。幾つかの実施例では、２以上の細長い遮蔽体が共働して被遮蔽領域を覆う。遮蔽体は、例えばコイルの長さ全体に対応する被遮蔽領域を覆う。或いは、遮蔽体により覆われる部分は、チャンバ内のプラズマにコイルからの電力が誘導結合可能な範囲内であれば、コイルの長さ方向の一部に対応する部分であってもよい。したがって、本発明に係る反応室では、反応室内壁面に導電性の膜が堆積した場合に生ずる渦電流が発生せず、渦電流の影響を受けないので、プラズマを発生させる性能を向上させることができる。また、チャンバの定期的洗浄が不要になり、コストが削減される。本発明のこれら及び他の目的及び利点は、添付の図面及び説明により明らかにされる。図面の簡単な説明添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。図面は、本発明の実施例を示し、上述の本発明の一般的な説明及び以下に示す実施例の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するものである。図１は、誘導結合プラズマスパッタリング反応室を示す断面図である。図２Ａは、チャンバ内の導電性の膜の堆積の効果を模擬実験するための導電性の円筒部を嵌合した図１の反応室を示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａの反応室を線２Ｂ−２Ｂに沿って示す平面図である。図３Ａは、チャンバ壁の長さ方向に沿って設けられた被遮蔽領域２４における導電性の膜の堆積を防止するベンチ形状の遮蔽体２２が設けられた、図１の反応室を示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａの反応室を線３Ｂ−３Ｂに沿って示す平面図であり、図３Ｃは、遮蔽体２２の斜視図である。図４及び図５は、被遮蔽領域２４’及び２４”における導電性の膜の堆積を防止する遮蔽体の他の実施例を示す部分平面図である。発明を実施するための最良の形態図１に示すように、例えばプラズマスパッタエッチング反応室である誘導結合プラズマスパッタリング反応室１０は、円筒状のチャンバであるジャー１２の周囲に巻かれたプラズマ励起用の螺旋状のコイル１１を備える。ジャー１２は、例えば直径１２インチ、高さ約８インチ、壁厚約１／４インチの石英製のジャーである。ジャー１２は、例えば１０^-8Ｔｏｒｒ程度の高真空に対する強度を有する。コイル１１とジャー１２は、ハウジングの台１６により支持され、ハウジング（図示せず）内に収容されている。コイル１１は、長さ５０フィート、直径１／８インチの銅管により形成され、ジャー１２の外部表面に約１５．５周巻き付けられている。この銅管の両端には電力端子が接続されている。また、このコイル１１の動作温度を安定させるため、銅管の中空部に冷却水を流入している。コイル１１は、１００〜８００ｋＨｚの中間周波数帯域、例えば４５０ｋＨｚの電流により電気的に駆動され、ジャー１２内部に磁界を発生する。コイル１１の電気的な駆動は、アメリカ合衆国コロラド州８４５２５フォートコリンズプロスペクトパークウェイ１６００のアドバンスドエネルギーインダストリーズインク（Advanced Energies Industries，Inc.，1600 Prospect Parkway，Fort Collins，CO 84525 ）から市販されているＰＤＰ２５００４５０ｋＨｚ２０００Ｗ発電機等の電力源（図示せず）によって行うことができる。コイル１１の消費電力は約１２５０Ｗである。このときの電力源は、例えばアメリカ合衆国ニューヨーク州１０９６２オレンジバーグルート３０３のマテリアルリサーチコーポレーション（Materi als Research Corporation，Route 303，Orangeburg，NY 10962）から市販されているＲＭＸ−１０やＲＭＸ−１２用の整合回路等の整合回路（図示せず）を介して、コイル１１に接続されている。コイル１１の電気的接続や励起周波数は、具体的な使用環境によって異なる。誘導結合プラズマスパッタリング反応室１０において処理されるウェハ１３は、ジャー１２内部のウェハ支持体１４上に配置される。ウェハ１３の直径は、４〜８インチの範囲内の如何なる値でもよいが、ここで示す処理に用いるウェハ１３の直径は８インチである。ジャー１２は、真空ポンプ（図示せず）によりほぼ真空状態になるまで排気される。ウェハ支持体１４には、ハウジング１５や収納台１６に対し、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ、電力レベル２０００Ｗ程度の高周波（ＲＦ）電力が印加され、処理中にウェハに１２５Ｖの直流電圧を発生させる。好適な電力源としては、例えばアステクアメリカインク（Astec America In c.）の関連会社であるアメリカ合衆国ニューヨーク州１４６２３ロチェスタハイパワーロード１００（100 High Power Road，Rochester，NY 14623）のイーエヌアイコーポレーション（ENI Corporation）から入手可能なＡＥＧ−１０Ｂ−０２ＲＦ発電機がある。これと同時に、上述のように、コイル１１には中間周波数帯域の電力が供給される。排気されたジャー１２には、ガスが低速で流入され、ジャー１２内部は低圧状態となる。例えば速度１５〜５０ｓｃｃｍ、この例では２０ｓｃｃｍ、圧力０．５〜１ｍＴｏｒｒ、この例では０．７ｍＴｏｒｒで、アルゴンガスがジャー１２に流入される。コイル１１による電気的な励起と、ウェハ支持体１４に供給されたＲＦ電力の相乗効果により、ジャー１２内のガスがイオン化され、ジャー１２内部にプラズマガスが発生される。プラズマからのイオンは、ウェハ１３の表面に衝突し、ウェハ１３の表面に露出されている膜の材料を、ウェハ１３からジャー１２内へ叩き出す。このように、ウェハ１３の表面はプラズマ衝突によりエッチングされる。このウェハ処理に要する時間は約１２０秒である。図１に示すように、ジャー１２は、直径４と３／４インチ程度の円筒状の侵入部１５を有している。侵入部１５は、ジャー１２の天井部表面より、ウェハ表面から３／４インチ程度の距離にある閉端部１７に亘って設けられている。この侵入部１５の内部は、ジャー１２の外部の雰囲気に開放されており、すなわち、排気されていない。侵入部１５は、ジャー１２の中央部におけるプラズマの発生を妨げ、ウェハ１３の中央近傍でのエッチング速度を低減する。この侵入部１５を設けないと、ウェハ１３上のエッチング速度は、ウェハ１３の端部近傍より中央部近傍の方が非常に高くなってしまう。侵入部１５によりウェハ１３の中央部近傍でのエッチング速度が低減されるため、ウェハ１３を均一にエッチングすることができる。エッチング処理の間、ウェハ１３から叩き出された粒子は、主にジャー１２の内壁面に堆積する。ウェハ１３の表面から金属又は他の導電性の材料をエッチングする場合、ジャー１２の内壁面に導電性の膜が形成される。この膜層の導電率は、ジャー１２内でウェハを処理する度に増加する。また、非導電性の金属含有膜をエッチングする場合でも、処理中に発生する化学反応により同様の結果が生ずることがある。ジャー１２の内壁面に形成された導電性の膜は、コイル１１からの磁界を遮蔽し、磁界がジャー１２内の処理ガスに至ることを妨げ、プラズマの発生を妨げる。すなわち、コイル１１から発生する磁界の変化は、導電性の膜中に渦電流を誘導する。渦電流は、導電性の膜が形成されたジャー１２の円筒壁の内周を、コイル１１に流れる電流と平行かつ反対方向に循環する。このように誘導された渦電流は、ジャー１２内にコイル１１から発生する磁界と同等かつ反対方向の磁界を発生させ、この磁界はコイル１１により発生した磁界に反発し、これを打ち消してしまう。このように、ジャー１２の内部に一定の厚さの導電性の膜が堆積すると、ジャー１２内部でプラズマを発生させることは不可能になる。そこで、処理を可能にするためにジャー１２を洗浄し、あるいは交換する必要がある。これにより、エッチング処理は、時間ががかり、また高コストなものとなる。プラズマ処理チャンバ内部の導電性の膜の堆積に伴う問題を、具体的に以下に示す。厚さ１００ｎｍのチタン薄膜により被覆された直径６インチのシリコンウェハに対し、上述の条件にて、図１に示す反応室内部において誘導結合プラズマエッチングプロセスによるエッチングを行った。このようにして２０個〜２５個のウェハをエッチングしたところ、プラズマは完全に発生しなくなり、処理の継続が不可能になった。このとき、ジャー１２の内部を検査したところ、導電性の膜がジャー内壁面に堆積しており、ジャー１２の内壁面の抵抗値をプローブ間隔１／２インチにて測定した結果、コイル１１近傍の表面では、３０〜４００Ωｍの面積抵抗値を示した。材料がスパッタリング除去されるウェハ１３表面近傍のジャー１２内壁面では、さらに低い面積抵抗値が示された。本発明では、ジャー１２内部の堆積物を不連続なものとし、渦電流の経路を遮断することにより上述の問題を解決する。具体的には、ジャー１２及びコイル１１の中心軸に平行で、且つ誘導されて生ずる渦電流の電流方向に垂直な方向に細長い絶縁性の被遮蔽領域を形成する。この絶縁性の被遮蔽領域は、石英ジャー１２内部の導電性の膜における渦電流の電流経路を切断することにより、コイル１１からの磁界の反対方向に磁界が発生することを防止する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ジャー１２内部にステンレススチール製のテスト部材１８を挿入及び設置して実験行った結果、被遮蔽領域により渦電流の発生が防止されることが見出された。テスト部材１８は、厚さ０．００６インチ、幅６．０インチのステンレス合金Ｎｏ．ｓｓ−３０４製のシムストックからなる。このシムストックを１．７５インチの間隙２０を設けて円筒状に折り曲げ、テスト部材１８を形成した。このテスト部材１８は、ジャー１２内部においてスパッタエッチングにより３０００個以上のウェハを処理した後にジャー１２内部に堆積されると予想される導電性の膜の膜厚を模擬したものである。さらに熱により酸化した表面層（すなわち、絶縁性の表面層）を有する実験用ウェハをチャンバ内に配設し、高周波電力及び誘導電力をチャンバに供給し、プラズマ処理を行う模擬実験を行った。（この実験では、ウェハの表面層から間隙２０に導電性の材料がスパッタされて、間隙２０間を短絡させるといったことが起こらないよう絶縁性のウェハを用いた。）上述の実験装置では、チャンバ内のテスト部材１８に影響されることなく、好適なタイミングで持続的なプラズマが発生された。これにより、ジャー１２の内壁面に絶縁性の被遮蔽領域を設けることで、渦電流の発生を防止することができ、ジャー１２の内壁面に導電性の材料が堆積することによって発生する問題を解決できることが見出された。ジャー１２の内壁面の被遮蔽領域に導電性の材料が堆積することを防止する遮蔽体の１実施例として、ベンチ状の遮蔽体２２を備える反応室を図３Ａ及び図３Ｂに示す。遮蔽体２２は、図３Ｂに示すように、ジャーの壁に配置された２つの支持体２１と、長手方向がコイル１１の中心軸に平行であり、コイル１１の長さ略全体に対応する領域に縦長に配設された覆板２３とを備える。支持体２１は、ジャー１２の内側に放射状に（ジャー１２の中心に向かって）約１／８〜３／８インチ突出して設けられており、覆板２３をジャー１２の内壁面からこの距離だけ離隔させて支持している。覆板２３は、接線方向に２インチ程度に縦長に延在し、ウェハ１３よりスパッタリングされる材料を遮蔽して、ジャー１２内部に被遮蔽領域２４を形成する。覆板２３及び支持体２１は石英からなる。覆板２３を用いることにより、プラズマスパッタリング装置内のウェハ又はターゲットからスパッタリングされる材料は、ジャー１２内壁面の被遮蔽領域２４には堆積しない。このため、処理時間の経過に伴ってジャー１２の内壁面に導電性の膜が形成された場合でも、被遮蔽領域２４においては導電性の膜は形成されない。したがって、渦電流は被遮蔽領域２４を流れることができず、故にジャー１２内部の円筒部の円周に渦電流が発生することはない。図４に、ジャー１２の内部に被遮蔽領域を形成するのに好適な遮蔽体２６の他の実施例を示す。図４に示す遮蔽体２６は、ジャー１２及びコイル１１の軸に中心軸に略平行に、ジャー１２の内壁面から縦長に突き出た支持体２１を備える。覆板２３は、ジャー１２の内壁面から１／８〜３／８インチ離隔して、支持体２１の先端部から接線方向に延出している。覆板２３は、ジャー１２の内壁面から離隔して、十分な幅、例えば２〜３インチの幅で、接線方向に延出してスパッタリングされる材料が堆積しない被遮蔽領域２４’を形成する。遮蔽体の第３の実施例においては、図５に示すように、２つの遮蔽体２６、２７を相互に重なり合う方向に配設する。第１の遮蔽体２６は、時計回りの接線方向に延出する覆板を有し、第２の遮蔽体２７は、反時計回りの接線方向に延出する覆板を有しているため、第１及び第２の遮蔽体２６、２７の覆板が重なり合い、遮蔽体２６の支持体から遮蔽体２７の支持体に亘って被遮蔽領域２４”が形成される。したがって、スパッタリング材料が、被遮蔽領域２４”に堆積することはない。本発明を種々の実施例により説明し、これらの実施例をかなりの詳細にわたって説明したが、これら詳細な記述は請求の範囲を限定するものではない。この他の利点や変更は、当業者にとって明らかであろう。例えば、スパッタエッチング装置及び処理について説明したが、本発明の原理を、スパッタコーティングプロセス等の他の処理に適用してもよい。さらに、上述の実施例では遮蔽体をジャー１２の円筒状表面にのみに配設しているが、さらに遮蔽体をジャー１２の円盤状の天井部表面あるいは、侵入部１５の閉端部１７に放射状に配設してもよい。図３Ａに破線で示すように、この種の遮蔽体は、さらに、コイル１１及びジャー１２の中心軸に対して半径方向に延在する覆板２３及びそれを支持する支持体２１を備える。この種の遮蔽体は、例えばラムリサーチコーポレーシヨン（Lam Research Cor poration）から市販されている、いわゆるトランス結合プラズマ（transformer coupled plasma: ＴＣＰ）装置等に用いて好適である。この装置においては、プラズマを励起するための誘導結合コイルは、ベル型ジャーの円筒部周辺ではなく、ベル型ジャーの円盤状の天井部外表面に螺旋状に設けられている。（ベル型ジャーの高さは、添付の図面に示すジャーと比較して、直径に対してかなり低い。）このような場合、螺旋状のコイルの裏面側のベル型ジャーの円盤状の天井部内表面に導電性の材料が堆積することにより、渦電流の電流経路が形成され、プラズマの発生が妨害される。しかしながら、螺旋状のコイルの裏面側である、ベル型ジャーの円盤状の天井部に放射状の遮蔽体を配設することにより、この電流経路を遮断することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年１０月２４日【補正内容】発明の名称導電性材料をスパッタリングする誘導結合プラズマスパッタリング反応室技術分野本発明は、導電性材料の誘導結合スパッタリングに関する。背景技術スパッタリングプロセスにおいて、スパッタリング処理を施される半導体ウェハ等の基板は、ガスが充填された真空反応室内に取り付けられる。反応室内のガスは、電気的に励起され、反応室内にプラズマが発生する。スパッタエッチングプロセスにおいては、プラズマからのイオンが基板表面に衝突し、基板表面にコーティングされている材料の粒子を叩き出す。叩き出された粒子は、主に反応室の内壁面に付着して膜を形成する。スパッタコーティングプロセスにおいては、反応室内にターゲットが配置され、プラズマからのイオンがターゲットに衝突し、ターゲットから粒子が叩き出され、粒子はウェハ及び反応室の内壁面に付着する。誘導結合プラズマスパッタリング反応室では、例えば、ヨーロッパ特許公開公報９４９１４０８４．２に開示されているように、絶縁性のチャンバが用いられる。このチャンバの外周に設けられた螺旋状のコイルによって生成される磁界により、励起が部分的に行われる。コイルは、石英ジャー等の絶縁性の障壁によりチャンバから隔離されている。金属や他の導電性のコーティングに誘導結合プラズマスパッタリングを行う際、例えばウェハから叩き出された粒子が、チャンバの内壁面に導電性の膜を形成しやすいことが問題となる。チャンバをが設けられた、図１の反応室を示す断面図である。図３Ｂは、図３Ａの反応室を線３Ｂ−３Ｂに沿って示す平面図であり、図３Ｃは、遮蔽体２２の斜視図である。図４及び図５は、被遮蔽領域２４’及び２４”における導電性の膜の堆積を防止する遮蔽体の他の実施例を示す部分平面図である。発明を実施するための最良の形態図１に示すように、例えばプラズマスパッタエッチング反応室である誘導結合プラズマスパッタリング反応室１０は、円筒状のチャンバであるジャー１２の周囲に巻かれたプラズマ励起用の螺旋状のコイル１１を備える。ジャー１２は、例えば直径約３０．５ｃｍ（１２インチ）、高さ約２０．３ｃｍ（８インチ）、壁厚約６．４ｍｍ（１／４インチ）の石英製のジャーである。ジャー１２は、例えば１．３×１０^-6Ｎ／ｍ²（１０^-8Ｔｏｒｒ）程度の高真空に対する強度を有する。コイル１１とジャー１２は、ハウジングの台１６により支持され、ハウジング（図示せず）内に収容されている。コイル１１は、長さ１５．２ｍ（５０フィート）、直径３．２ｍｍ（１／８インチ）の銅管により形成され、ジャー１２の外部表面に約１５．５周巻き付けられている。この銅管の両端には電力端子が接続されている。また、このコイル１１の動作温度を安定させるため、銅管の中空部に冷却水を流入している。コイル１１は、１００〜８００ｋＨｚの中間周波数帯域、例えば４５０ｋＨｚの電流により電気的に駆動され、ジャー１２内部に磁界を発生する。コイル１１の電気的な駆動は、アメリカ合衆国コロラド州８４５２５フォートコリンズプロスペクトパークウェイ１６００のアドバンスドエネルギーインダストリーズインク（Advanced Energies Industries，Inc.，1600 Prospect Parkway，Fort Collins，CO 84525 ）から市販されているＰＤＰ２５００４５０ｋＨｚ２０００Ｗ発電機等の電力源（図示せず）によって行うことができる。コイル１１の消費電力は約１２５０Ｗである。このときの電力源は、例えばアメリカ合衆国ニューヨーク州１０９６２オレンジバーグルート３０３のマテリアルリサーチコーポレーション（Materi als Research Corporation，Route 303，Orangeburg，NY 10962）から市販されているＲＭＸ−１０やＲＭＸ−１２用の整合回路等の整合回路（図示せず）を介して、コイル１１に接続されている。コイル１１の電気的接続や励起周波数は、具体的な使用環境によって異なる。誘導結合プラズマスパッタリング反応室１０において処理されるウェハ１３は、ジャー１２内部のウェハ支持体１４上に配置される。ウェハ１３の直径は、１０．２〜２０．３ｃｍ（４〜８インチ）の範囲内の如何なる値でもよいが、ここで示す処理に用いるウェハ１３の直径は２０．３ｃｍ（８インチ）である。ジャー１２は、真空ポンプ（図示せず）によりほぼ真空状態になるまで排気される。ウェハ支持体１４には、ハウジング１５や収納台１６に対し、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ、電力レベル２０００Ｗ程度の高周波（ＲＦ）電力が印加され、処理中にウェハに１２５Ｖの直流電圧を発生させる。好適な電力源としては、例えばアステクアメリカインク（Astec America Inc.）の関連会社であるアメリカ合衆国ニューヨーク州１４６２３ロチェスタハイパワーロード１００（100 High P ower Road，Rochester，NY 14623）のイーエヌアイコーポレーション（ENI Corp oration）から入手可能なＡＥＧ−１０Ｂ−０２ＲＦ発電機がある。これと同時に、上述のように、コイル１１には中間周波数帯域の電力が供給される。排気されたジャー１２には、ガスが低速で流入され、ジャー１２内部は低圧状態となる。例えば速度１５〜５０ｓｃｃｍ、この例では２０ｓｃｃｍ、圧力６６〜１３０×１０^-3Ｎ／ｍ²（０．５〜１ｍＴｏｒｒ）、この例では９３×１０^-3 Ｎ／ｍ²（０．７ｍＴｏｒｒ）で、アルゴンガスがジャー１２に流入される。コイル１１による電気的な励起と、ウェハ支持体１４に供給されたＲＦ電力の相乗効果により、ジャー１２内のガスがイオン化され、ジャー１２内部にプラズマガスが発生される。プラズマからのイオンは、ウェハ１３の表面に衝突し、ウェハ１３の表面に露出されている膜の材料を、ウェハ１３からジャー１２内へ叩き出す。このように、ウェハ１３の表面はプラズマ衝突によりエッチングされる。このウェハ処理に要する時間は約１２０秒である。図１に示すように、ジャー１２は、直径１２．１ｃｍ（４と３／４インチ）程度の円筒状の侵入部１５を有している。侵入部１５は、ジャー１２の天井部表面より、ウェハ表面から１．９ｃｍ（３／４インチ）程度の距離にある閉端部１７に亘って設けられている。この侵入部１５の内部は、ジャー１２の外部の雰囲気に開放されており、すなわち、排気されていない。侵入部１５は、ジャー１２の中央部におけるプラズマの発生を妨げ、ウェハ１３の中央近傍でのエッチング速度を低減する。この侵入部１５を設けないと、ウェハ１３上のエッチング速度は、ウエハ１３の端部近傍より中央部近傍の方が非常に高くなってしまう。侵入部１５によりウェハ１３の中央部近傍でのエッチング速度が低減されるため、ウェハ１３を均一にエッチングすることができる。エッチング処理の間、ウェハ１３から叩き出された粒子は、主にジャー１２の内壁面に堆積する。ウェハ１３の表面から金属又は他の導電性の材料をエッチングする場合、ジャー１２の内壁面に導電性の膜が形成される。この膜層の導電率は、ジャー１２内でウェハを処理する度に増加する。また、非導電性の金属含有膜をエッチングする場合でも、処理中に発生する化学反応により同様の結果が生ずることがある。ジャー１２の内壁面に形成された導電性の膜は、コイル１１からの磁界を遮蔽し、磁界がジャー１２内の処理ガスに至ることを妨げ、プラズマの発生を妨げる。すなわち、コイル１１から発生する磁界の変化は、導電性の膜中に渦電流を誘導する。渦電流は、導電性の膜が形成されたジャー１２の円筒壁の内周を、コイル１１に流れる電流と平行かつ反対方向に循環する。このように誘導された渦電流は、ジャー１２内にコイル１１から発生する磁界と同等かつ反対方向の磁界を発生させ、この磁界はコイル１１により発生した磁界に反発し、これを打ち消してしまう。このように、ジャー１２の内部に一定の厚さの導電性の膜が堆積すると、ジャー１２内部でプラズマを発生させることは不可能になる。そこで、処理を可能にするためにジャー１２を洗浄し、あるいは交換する必要がある。これにより、エッチング処理は、時間ががかり、また高コストなものとなる。プラズマ処理チャンバ内部の導電性の膜の堆積に伴う問題を、具体的に以下に示す。厚さ１００ｎｍのチタン薄膜により被覆された直径１５．２ｃｍ（６インチ）のシリコンウェハに対し、上述の条件にて、図１に示す反応室内部において誘導結合プラズマエッチングプロセスによるエッチングを行った。このようにして２０個〜２５個のウェハをエッチングしたところ、プラズマは完全に発生しなくなり、処理の継続が不可能になった。このとき、ジャー１２の内部を検査したところ、導電性の膜がジャー内壁面に堆積しており、ジャー１２の内壁面の抵抗値をプローブ間隔１．２７ｃｍ（１／２インチ）にて測定した結果、コイル１１近傍の表面では、３０〜４００Ωｍの面積抵抗値を示した。材料がスパッタリング除去されるウェハ１３表面近傍のジャー１２内壁面では、さらに低い面積抵抗値が示された。本発明では、ジャー１２内部の堆積物を不連続なものとし、渦電流の経路を遮断することにより上述の問題を解決する。具体的には、ジャー１２及びコイル１１の中心軸に平行で、且つ誘導されて生ずる渦電流の電流方向に垂直な方向に細長い絶縁性の被遮蔽領域を形成する。この絶縁性の被遮蔽領域は、石英ジャー１２内部の導電性の膜における渦電流の電流経路を切断することにより、コイル１１からの磁界の反対方向に磁界が発生することを防止する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ジャー１２内部にステンレススチール製のテスト部材１８を挿入及び設置して実験行った結果、被遮蔽領域により渦電流の発生が防止されることが見出された。テスト部材１８は、厚さ０．１５３ｍｍ（０．００６インチ）、幅１５．３ｃｍ（６．０インチ）のステンレス合金Ｎｏ．ｓｓ−３０４製のシムストックからなる。このシムストックを、４．４５ｃｍ（１．７５インチ）の間隙２０を設けて円筒状に折り曲げ、テスト部材１８を形成した。このテスト部材１８は、ジャー１２内部においてスパッタエッチングにより３０００個以上のウエハを処理した後にジャー１２内部に堆積されると予想される導電性の膜の膜厚を模擬したものである。さらに熱により酸化した表面層（すなわち、絶縁性の表面層）を有する実験用ウェハをチャンバ内に配設し、高周波電力及び誘導電力をチャンバに供給し、プラズマ処理を行う模擬実験を行った。（この実験では、ウェハの表面層から間隙２０に導電性の材料がスパッタされて、間隙２０間を短絡させるといったことが起こらないよう絶縁性のウェハを用いた。）上述の実験装置では、チャンバ内のテスト部材１８に影響されることなく、好適なタイミングで持続的なプラズマが発生された。これにより、ジャー１２の内壁面に絶縁性の被遮蔽領域を設けることで、渦電流の発生を防止することができ、ジャー１２の内壁面に導電性の材料が堆積することによって発生する問題を解決できることが見出された。ジャー１２の内壁面の被遮蔽領域に導電性の材料が堆積することを防止する遮蔽体の１実施例として、ベンチ状の遮蔽体２２を備える反応室を図３Ａ及び図３Ｂに示す。遮蔽体２２は、図３Ｂに示すように、ジャーの壁に配置された２つの支持体２１と、長手方向がコイル１１の中心軸に平行であり、コイル１１の長さ略全体に対応する領域に縦長に配設された覆板２３とを備える。支持体２１は、ジャー１２の内側に放射状に（ジャー１２の中心に向かって）約０．３２〜０．９５ｃｍ（１／８〜３／８インチ）突出して設けられており、覆板２３をジャー１２の内壁面からこの距離だけ離隔させて支持している。覆板２３は、接線方向に５．１ｃｍ（２インチ）程度に縦長に延在し、ウェハ１３よりスパッタリングされる材料を遮蔽して、ジャー１２内部に被遮蔽領域２４を形成する。覆板２３及び支持体２１は石英からなる。覆板２３を用いることにより、プラズマスパッタリング装置内のウェハ又はターゲットからスパッタリングされる材料は、ジャー１２内壁面の被遮蔽領域２４には堆積しない。このため、処理時間の経過に伴ってジャー１２の内壁面に導電性の膜が形成された場合でも、被遮蔽領域２４においては導電性の膜は形成されない。したがって、渦電流は被遮蔽領域２４を流れることができず、故にジャー１２内部の円筒部の円周に渦電流が発生することはない。図４に、ジャー１２の内部に被遮蔽領域を形成するのに好適な遮蔽体２６の他の実施例を示す。図４に示す遮蔽体２６は、ジャー１２及びコイル１１の軸に中心軸に略平行に、ジャー１２の内壁面から縦長に突き出た支持体２１を備える。覆板２３は、ジャー１２の内壁面から０．３２〜０．９５ｃｍ（１／８〜３／８インチ）離隔して、支持体２１の先端部から接線方向に延出している。覆板２３は、ジャー１２の内壁面から離隔して、十分な幅、例えば５．１〜７．６ｃｍ（２〜３インチ）の幅で、接線方向に延出してスパッタリングされる材料が堆積しない被遮蔽領域２４’を形成する。遮蔽体の第３の実施例においては、図５に示すように、２つの遮蔽体２６、２７を相互に重なり合う方向に配設する。第１の遮蔽体２６は、時計回りの接線方向に延出する覆板を有し、第２の遮蔽体２７は、反時計回りの接線方向に延出する覆板を有しているため、第１及び第２の遮蔽体２６、２７の覆板が重なり合い、遮蔽体２６の支持体から遮蔽体２７の支持体に亘って被遮蔽領域２４”が形成される。したがって、スパッタリング材料が、被遮蔽領域２４”に堆積することはない。本発明を種々の実施例により説明し、これらの実施例をかなりの詳細にわたって説明したが、この他の利点や変更は、当業者にとって明らかであろう。例えば、スパッタエッチング装置及び処理について説明したが、請求の範囲１．プラズマスパッタリングプロセスにより処理されるウェハ（１３）及び処理ガスを収納する密閉された絶縁性のチャンバ（１２）と、電力源と、上記電力源に接続され、上記チャンバ（１２）の外壁に隣接して配設され、上記密閉されたチャンバ（１２）の内部に磁界を発生し、上記処理ガスを励起してプラズマを発生させる誘導コイル（１１）とを備える誘導結合プラズマスパッタリング反応室であって、上記チャンバ（１２）の内壁面から離隔した遮蔽体（２２、２６、２７）を備え、上記遮蔽体（２２、２６、２７）は、誘導コイル（１１）の一部に対してチャンバ壁の裏側にある内壁面の被遮蔽領域（２４、２４’、２４”）を覆い、上記遮蔽体（２２、２６、２７）は、スパッタリングされた導電性の材料が上記被遮蔽領域（２４、２４’、２４”）に堆積することを防止することによって、上記チャンバ内壁に渦電流の電流経路が形成されることを防止し、上記チャンバ（１２）内のプラズマに対する電力の誘導結合を向上させることを特徴とする誘導結合プラズマスパッタリング反応室（１０）。２．上記チャンバ（１２）及び誘導コイル（１１）は、円筒状であり、上記誘導コイル（１１）は、上記チャンバ（１２）の円筒状の外壁の周囲に渦巻き状に巻かれていることを特徴とする請求の範囲１記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。３．上記誘導コイル（１１）は、中心軸を中心に巻線された長尺状の形状であり、上記遮蔽体（２２、２６、２７）は、上記誘導コイル（１１）の中心軸に略平行に延長された長尺状の形状であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。４．上記遮蔽体（２２、２６、２７）は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から略内側に突出するする支持体（２１）と、上記支持体（２１）から延出して上記被遮蔽領域（２４、２４’、２４”）を覆う長尺状の覆板（２３）とを有することを特徴とする請求の範囲３記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。５．上記覆板（２３）は、上記支持体（２１）から接線方向に延出することを特徴とする請求の範囲４記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。６．上記遮蔽体（２２）は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から内側に突出する第２の支持体（２１）を有し、上記長尺状の覆板（２３）は、上記第１及び第２の支持体（２１）の間に設けられて、上記被遮蔽領域（２４）を覆うベンチ形状であることを特徴とする請求の範囲４記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。７．上記遮蔽体（２２、２６、２７）は、上記誘導コイル（１１）の中心軸に平行に、コイルの長さの略全体に亘って設けられていることを特徴とする請求の範囲３乃至６のいずれか１記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。８．絶縁性の真空チャンバ（１２）内に配置されたウエハ（１３）から導電性の材料をスパッタリングするスパッタリング方法であって、上記チャンバ（１２）を排気してチャンバに処理ガスを供給する工程と、上記チャンバ（１２）の外壁に隣接する電気コイル（１１）により処理ガスを励起して、プラズマを発生させると共に、プラズマからのイオンを上記表面に衝突させて上記ウェハ（１３）から導電性の材料をスパッタリングする工程とを有し、上記チャンバ（１２）の内壁から離隔して、内壁面の被遮蔽領域（２４、２４ ’、２４”）上に遮蔽体（２２、２６、２７）を設け、上記遮蔽体は、スパッタリングされた導電性の材料が上記被遮蔽領域（２４、２４’、２４”）に堆積することを防止することによって、チャンバ内壁を周回する渦電流の電流経路が形成されることを防止することを特徴とするスパッタリング方法。９．上記コイル（１１）は、中心軸を中心に巻線されて延長された長尺状の形状であり、上記遮蔽体（２２、２６、２７）を設ける工程は、上記コイル（１１）の中心軸に略平行に延長された長尺状の遮蔽体（２２、２６、２７）を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲８記載のスパッタリング方法。１０．上記遮蔽体（２２、２６、２７）を設ける工程は、上記コイル（１１）の中心軸方向の長さの略全体にわたって延在する遮蔽体を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲９記載のスパッタリング方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ジェームスエーセアマルコアメリカ合衆国ニューヨーク州 10511 ブチャマンバンノンアヴェニュー 102

Claims

【特許請求の範囲】１．プラズマスパッタリングプロセスにより処理されるウェハ及び処理ガスを収納する密閉されたチャンバと、電力源と、上記電力源に接続され、上記チャンバの外壁に隣接して配設され、上記密閉されたチャンバの内部に磁界を発生し、上記処理ガスを励起してプラズマを発生させる誘導コイルと、上記チャンバの内壁面から離隔して、誘導コイルの一部に対してチャンバ壁の裏側にある内壁面の被遮蔽領域を覆い、上記遮蔽体は、スパッタリングされた導電性の材料が上記被遮蔽領域に堆積することを防止する遮蔽体とを備え、上記チャンバ内壁に渦電流の電流経路が形成されることを防止し、上記チャンバ内のプラズマに対する電力の誘導結合を向上させる誘導結合プラズマスパッタリング反応室。２．上記チャンバ及び誘導コイルは、円筒状であり、上記誘導コイルは、上記チャンバの円筒状の外壁の周囲に渦巻き状に巻かれていることを特徴とする請求の範囲１記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。３．上記誘導コイルは、中心軸を中心に巻線された長尺状の形状であり、上記遮蔽体は、上記誘導コイルの中心軸に略平行に延長された長尺状の形状であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。４．上記遮蔽体は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から略内側に突出するする支持体と、上記支持体から延出して上記被遮蔽領域を覆う長尺状の覆板とを有することを特徴とする請求の範囲３記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。５．上記覆板は、上記支持体から接線方向に延出することを特徴とする請求の範囲４記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。６．上記遮蔽体は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から内側に突出する第２の支持体を有し、上記長尺状の覆板は、上記第１及び第２の支持体の間に設けられて、上記被遮蔽領域を覆うベンチ形状であることを特徴とする請求の範囲４記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。７．上記遮蔽体は、上記誘導コイルの中心軸に平行に、コイルの長さの略全体に亘って設けられていることを特徴とする請求の範囲３記載の誘導結合プラズマスパッタリング反応室。８．プラズマスパッタリングプロセスにより処理されるウェハ及び処理ガスを収納する密閉されたチャンバと、電力源に接続され、上記チャンバの外壁に隣接して配設され、上記密閉されたチャンバの内部に磁界を発生し、上記処理ガスを励起してプラズマを発生させる誘導コイルとを備える誘導結合プラズマスパッタリング反応室内に上記チャンバの内壁面から離隔して、誘導コイルの一部に対してチャンバ壁の裏側にある内壁面の被遮蔽領域を覆い、スパッタリングされた導電性の材料が上記被遮蔽領域に堆積することを防止する遮蔽体を配設し、これにより上記チャンバの内壁面を流れる渦電流の電流経路を遮断して、上記プラズマへの電力の誘導結合を向上させる方法。９．上記コイルは、中心軸を中心に巻線されて延長された長尺状の形状であり、上記遮蔽体を設ける工程は、上記コイルの中心軸に略平行に延長された長尺状の遮蔽体を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲８記載の方法。１０．上記遮蔽体を設ける工程は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から略内側に突出するする支持体を設ける工程と、上記支持体から延出して上記被遮蔽領域を覆う長尺状の覆板を設ける工程とを有することを特徴とする請求の範囲９記載の方法。１１．上記遮蔽体を設ける工程は、上記覆板を上記支持体から接線方向に延出させて設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲１０記載の方法。１２．上記遮蔽体を設ける工程は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から内側に突出する第２の支持体を設け、上記長尺状の覆板を上記第１及び第２の支持体の間に設けて、上記被遮蔽領域を覆うベンチ形状の遮蔽体を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲１０記載の方法。１３．上記遮蔽体を設ける工程は、上記誘導コイルの中心軸に平行に、コイルの長さの略全体に遮蔽体を配設する工程を有することを特徴とする請求の範囲９記載の方法。１４．真空チャンバ内に配置されたウェハから導電性の材料をスパッタリングするスパッタリング方法であって、上記チャンバを排気してチャンバに処理ガスを供給する工程と、電気コイルにより処理ガスを励起して、プラズマを発生させると共に、プラズマからのイオンを上記表面に衝突させて上記ウェハから導電性の材料をスパッタリングする工程と、上記チャンバの内壁から離隔して、内壁面の被遮蔽領域上に遮蔽体を設け、上記遮蔽体は、スパッタリングされた導電性の材料が上記被遮蔽領域に堆積することを防止することによって、チャンバ内壁を周回する渦電流の電流経路が形成されることを防止する工程とを有するスパッタリング方法。１５．上記遮蔽体を設ける工程は、上記チャンバの内壁面に接触して内側に突出する支持体と、上記支持体に支持され、上記支持体から延出して上記被遮蔽領域を覆う長尺状の覆体を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲１４記載のスパッタリング方法。１６．上記遮蔽体を設ける工程は、上記覆板を上記支持体から接線方向に延出させて設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲１５記載のスパッタリング方法。１７．上記遮蔽体を設ける工程は、チャンバ内壁に接触してチャンバ内壁から内側に突出する第２の支持体を設け、上記長尺状の覆板を上記第１及び第２の支持体の間に設けて、上記被遮蔽領域を覆うベンチ形状の遮蔽体を設ける工程を有することを特徴とする請求の範囲１５記載のスパッタリング方法。１８．上記遮蔽体を設ける工程は、上記誘導コイルの中心軸に平行に、コイルの長さの略全体に遮蔽体を配設するものであることを特徴とする請求の範囲１４記載のスパッタリング方法。