JPH09503350A

JPH09503350A - 有磁気場励起マルチ容量プラズマ発生装置および関連方法

Info

Publication number: JPH09503350A
Application number: JP7530419A
Authority: JP
Inventors: イン，ジェラルド，ツェヤオ; ハナワ，ヒロジ; スミス，ケニス
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1997-03-31
Also published as: EP0721514B1; ATE184919T1; EP0721514A4; KR100333220B1; DE69512371T2; KR960704363A; WO1995032315A1; DE69512371D1; EP0721514A1

Abstract

(57)【要約】プラズマ発生装置、およびその操作のための関連方法であつて、良好なプロセス制御とプロセス再現性をもった、均一な高密度プラズマを発生するものに関する。この装置は、第一のラジオ周波数（ｒｆ）パワーソースが、プラズマ発生のための横切る電場を与えるために結合されている多重の側電極を有し、そして１組の従来型の上部および下部電極であって、第二のｒｆパワーソースが、ドライエッチングのようなプロセスに使用されるプラズマエネルギーの別々の制御を与えるために結合されているものを有する。さらに、磁場コイルが、横切る電場に垂直なプラズマ発生の強化のために磁場を与える。プラズマは、相対的に低い周波数（５０−２００ＭＨｚ）パワーソースにより発生されるので、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件またはその近くでの磁場励起操作を達成するに必要な磁場強度は１００ガウスを下回り、このことは相対的に低コストを与えることが可能である。さらに、装置は、相対的に広い範囲のチャンバ圧力で効果的に操作され得るものである。理想的には、プラズマ発生に使用する側電極の数は４または６であり、それぞれの電極は、プラズマ形成の均一性をさらに強化する回転電場を生じるため、隣接する電極に比較して位相遅延シグナルを受けるものである。

Description

【発明の詳細な説明】有磁気場励起マルチ容量プラズマ発生装置および関連方法本発明の背景技術本発明は一般的にはプラズマ発生技術、特に、集積半導体装置の製造におけるドライエッチングプロセスにおいて使用されるものに関するものである。ドライエッチングにおいては、プロセスガスは真空チャンバに供給され、ラジオ周波数（ｒｆ）エネルギーが発生し、チャンバ内にプラズマ雲を維持する。そのプラズマ雲中のイオンは、普通半導体ウエハの形状であるワークピースであって、チャンバ内でプラズマのすぐ隣に位置するもの、またはプラズマからのイオンが引き込まれる別に分離されたプロセスチャンバ内に位置するものを衝撃する。該イオンはワークピースをエッチングするか、エッチングを助けるものであり、そしてそのエッチングプロセスはエッチングに先立ってワークピースに供される保護コーティングをパターニングすることにより選択可能となるものである。種々のプラズマ発生技術が使用され、提案されてきた、そして特定の先行技術の構成はさらに以下で図を参考として議論する。一般的に、しかしながら、３つの種類のプラズマ発生手段がある：容量的（capacitive）、誘導的(inductive) 、およびマイクロ波である。より従来法である容量的プラズマ発生手段においては、プラズマは、一対の平行な板電極の間に形成され、その１つまたは両方の板電極へラジオ周波数（ｒｆ）エネルギーが供与される。平行板手段の変形は、有磁場励起反応性イオンエッチング（magnetically enhanced reactive ion etch, ＭＥＲＩＥ）プラズマ発生装置であり、磁場がプラズマ中のイオンの生成を強化するものである。平行板構成およびＭＥＲＩＥ構成は共に単一のｒｆパワー発生器を使用するものである。誘導プラズマ発生器は、ｒｆパワーをプラズマチャンバに供給するために平面状コイルか円筒状コイルまたは種々の他のタイプがある誘導コイル使用する。別のｒｆ発生器は、チャンバ内の少なくとも１つの板電極に、イオンエネルギーおよび方向を制御するためエネルギーを供給する。誘導プラズマはまた、ヘリコン (Helicon)のような磁場強化デバイスを使用してもよい。有磁場励起マイクロ波(magnetically ebhanced microwave、ＭＥＭＷ)プラズマ発生器においては、エネルギーは、波導路(waveguide)を通じてマイクロ波周波数でプラズマチャンバへ供給される。誘導プラズマ発生器におけるように、２番目のパワー発生器がｒｆエネルギーを電極板を通じてプラズマを制御するために供給される。磁場強化が、高密度プラズマが望まれる際には用いられる、というのは、マイクロ波周波数ではプラズマ中の振動電子は、エッチングのために必要な密度のイオンを発生する充分な運動エネルギーを持たない。普通チャンバ回りの円筒形コイルを通じて供給される適当な磁場の存在下では、電子はマイクロ波と共鳴して、電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron resonance,ECR)として参照される条件である回転(gyrate)をする。プラズマ発生器のそれぞれの従来技術はその有利な点と不利な点を有している。より従来型である平行板容量プラズマ手段は、単純である、相対的に安価である、そして充分成熟した技術であるという長所を有していて、良好なプロセス制御および結果の良好な再現性を与えるものである。これらの理由により、今日の製造技術の最も多くはこの手段を用いている。その主な欠点は、相対的に高チャンバ圧に制限され、典型的には反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）反応装置では１００ミリトール以上、ＭＥＲＩＥ反応装置では２０ミリトール以上である。２０ミリトール以下では、プラズマ中の電子の平均自由工程が電極間の距離と同程度である、そして電子は高エネルギープラズマ密度を発生することが出来ない。他の欠点は、プラズマエネルギーの独立した制御がないことである。誘導およびマイクロ波プラズマ発生器はこれらの平行板プラズマの欠点を克服するものであるが、これらの手段はそれ自体の欠点も持っている。その長所とは、プラズマが高密度を有していることであり、低圧で発生することができることである。さらに、プラズマ発生とエネルギー制御は効果的に、使用される別々のパワー源の性能により効果的に減結合(decoupled)されている。しかしながら、誘導およびマイクロ波プラズマ発生器は、平行板構成のものよりより複雑であり、より高価である。ｒｆパワーが陰極に印加される際に、プラズマソースパワーは適当な設置路を持たない。このことは、プラズマプロセスがドリフトする原因となり、また再現性欠如の原因となることもある。従ってまだ、改良プラズマ発生技術の要求、好ましくは、平行板プラズマおよびマイクロ波または誘導プラズマの両方の長所をもつものへの要求がある。本発明のまとめ本発明は、有磁場励起マルチ容量プラズマ発生装置、およびその操作のための関連する方法に存する。基本的には、本発明の装置は、チャンバ側壁に位置しているマルチ容量板(multiple capacitive plates)を用いる磁場励起の高周波ｒｆソースと、プラズマバイアスおよび制御のための従来型の平行板ｒｆソースと、マルチ容量板の間のｒｆ場に垂直の磁場を供するため取り囲む磁場コイルとの組合せからなるものである。短く、および一般的な言葉で、本発明は、プラズマプロセスガスを導入する手段と、チャンバ内で保持(support)により決められる基板保持面で基板をプロセスするための、前もって選択された操作圧力へ減圧可能とする手段とを有するプラズマチャンバ内で使用するための装置内にある。この装置は、横断電場として参照され、およびチャンバを横切りかつ一般的には基板保持面に平行に方向づけられている、チャンバ内で第一のラジオ周波数（ｒｆ）電場を発生するための手段と；一般的には第一のｒｆ電場に垂直なチャンバ内での磁場を発生する手段と；一般的には第一のｒｆ電場と垂直である第２のｒｆ電場を発生する手段と；結果としてのプラズマのエネルギーと密度を制御するために電場と磁場の少なくとも１つを変化させ得る手段を有するものである。開示された実施例においては、第一のｒｆパワーソースは周波数が約13.5メガヘルツ(MHz)またはそれ以上で操作され、そして第二のｒｆパワーソースは周波数が約13.5メガヘルツまたはそれ以下で操作される。より特定的には、第一のｒｆパワーソースは約50から200MHzの範囲で操作され、第二のｒｆパワーソースは周波数が約400kHzから13.5MHzの範囲で操作される。約200MHzで操作する第一のｒｆパワーソースで、磁場を発生するための手段は、電子サイクロトロン共鳴条件すなわちラジオ−周波数ＥＣＲ条件で、またはその近くで操作するためには強さ約100ガウス以下の磁場を作りだす必要がある。好ましくは、ｎ個の側電極(side electrode)があり、ここでｎは少なくとも４であり、第一のｒｆパワーソースが、ｎ個のｒｆシグナルであって、プラズマチャンバ内での回転電場を生みだすために、それぞれの側電極へ供給するために、１から次へ相角(phase angle)（360/ｎ）°遅れるものを発生するための手段を含むものである。側電極の最適数はおそらく４または６である。６以上になると複雑さとコストを加える、しかし４側電極以下では充分プラズマ発生の均一性を強化しない。新規な方法という表現では、本発明は、第一のラジオ周波数（ｒｆ）パワーシグナルを、複数の側電極であって、チャンバ側壁付近に配置され、チヤンバ側壁に横断する電場を発生するために、供給するステップと；横断電場に略垂直にチャンバ内で磁場を発生するステップと；横断電場に略垂直にチャンバ内で電場を発生するために、１組の空間的に対向させた上部および下部電極へ第二のｒｆパワーであって、プロセスのために上部または下部の電極の１つに隣接して置かれるワークピース上での望ましいプロセスを可能とするためプラズマエネルギーの制御を与えるものを供給するステップを有するものである。上で述べたことから、本発明はプラズマ発生技術における重要な進歩を示すものであることが理解されるであろう。特に、本発明は、相対的に広い範囲の圧力にわたって操作可能である、チャンバ内の均一な高密度プラズマと、かつ良好なプロセス制御とブロセス再現性を提供する。本発明はまた、プラズマ発生とプラズマエネルギーの独立した制御を有し、マイクロ波ＥＣＲソースよりもより安価であり、かつより複雑ではない。他の本発明の長所は、以下のより詳細の記載であって、添付図面とともに明かとなるであろう。図面の簡単な説明図１ａ、１ｂ、１ｃは、先行技術の容量プラズマ発生装置の３つの異なる形態の単純化した模式図であり；図２ａ、２ｂ、２ｃは、先行技術の有磁場励起容量プラズマ発生装置の３つの異なる形態の単純化した模式図であり；図３ａ、３ｂ、３ｃは、先行技術の誘導プラズマ発生装置の３つの異なる形態の単純化した模式図であり；図４ａ、４ｂ、４ｃは、先行技術の有磁場励起マイクロ波（ＭＥＭＷ）プラズマ発生装置の３つの異なる形態の単純化した模式図であり；図５は、本発明に係る有磁場励起マルチ容量プラズマ発生装置の単純化した模式図であり；図６は図５に示される装置と同様の装置の単純化した３次元的模式図であるが、３対の側電極とプラズマ発生チャンバの下流のプロセスチャンバとともに含むものの図であり；図７は図５と同様の３次元的図であるが、２対の側電極を有するものの図であり；図８は、図７の装置内での２対の側電極に供与されるラジオ周波数（ｒｆ）パワーを発生するために装置を伴うものの図であり；図９は、図７および８の装置において発生されるｒｆパワーの１組の４つの波形であり；図１０ａ−１０ｄは、図７および８の装置がそのように回転電極場（Ｅ場）ベクトルを発生するのかを描いているダイヤグラムであり；図１１は、図８の装置において使用される直角位相ｒｆパワースプリッター(qua drature rf power splitter)のブロックダイヤグラムであり；図１２は、２対の側電極に供給される４つのｒｆパワーシグナルを発生させるための代替構成のブロックダイヤグラムである。好ましい実施態様の説明例証の目的で図で示されるように、本発明は、半導体ウエハの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）におけるように、ワークピースのプラズマプロセスにおいて用いるに好ましいプラズマを発生するための新規な技術に関するものである。従来のプラズマ発生装置の１つの形態は、図１ａ−１ｃで１０と１２で示されるように１対の容量平行板(capacitive parallel plates)を用いるものである。ラジオ周波数（ｒｆ）パワーは直列キャパシター１４を通じて１つの板または両方の板に供給される。この平行板容量構成は、単純であり、相対的に作成するに安価であり、相対的に良好なプロセス制御と再現性を与えるものである。この主な欠点は、相対的に高い圧力、典型的には、１００モリトール以上で操作される場合に限られていることである。より低い圧力では、該板の間のプラズマ領域での電子の平均自由工程は該板の間の距離と近似するものであり、プラズマ密度は低い。もうひとつの重要な欠点は、プラズマエネルギーのいかなる別の制御もないことである。ワークピース（示されていない）は典型的には下部の電極１２の上に位置され、そしてプラズマ中のイオンは、イオンがワークピースに引かれてプロセス機能（エッチング）を発揮する。該板に供給されるｒｆパワーは、プラズマ発生とプロセスツール(process tool)としての用途に影響を及ぼす。理想的には、これらの機能の独立の制御が好ましい。図２ａ−２ｃは、磁気励起容量板プラズマ発生装置の３つの変形態様を示す。すなわち、磁場は、該板の間の電場に垂直かまたはチャンバ壁に平行な方向で、平行板１０と１２または該板の裏側の間のプラズマ領域に供給されるる。これらの図は、磁場を発生する３つの変形手段を示し、その磁場はプラズマ中のイオンの生成を強化する。電子は、磁束の線の付近で回転する傾向があり、そこで、電子の平均自由工程が増加され、電子と原子間の衝突の起こりやすさが増加され、そのことはイオンのより高い生成率をもたらす。これらの有磁場励起平行板構成は、有磁場励起反応性イオンエッチング装置として、頭文字語ＭＥＲＩＥで知られている。プラズマ生成が強化されているので、ＭＥＲＩＥデバイスは、従来の平行板装置よりも低圧力、１０−２００ミリトールの範囲でで操作され得る。磁場励起なしで平行板システムを有するように、ＭＥＲＩＥデバイスはただ１つのｒｆパワーソースを有し、それゆえ、磁場は弱い独立したプラズマ密度の独立した制御を与えるものとして考慮され得るにもかかわらず、プラズマ密度とエネルギーのいかなる効果的独立な制御も有さない。図３ａ−３ｃは、先行技術のプラズマ発生装置の他の型を示すものであり、ｒｆパワーをプラズマチャンバ内に導入するために誘導結合を用いるものである。この構成においては、２つのｒｆパワーソースが供給される。１つは、プラズマを発生させそれを維持するために供給され、ある種の誘導コイル、図３ａ，３ｃに示されるような円筒形コイル２０、または図３ｂに示されるような平コイル２２かのいずれか、を通じて供給される。２番目のｒｆパワーソースは下部電極２４に繋がれており、エッチングまたは他のプロセスで用いられるプラズマエネルギーを制御する。図３ｃの構成はまた、磁場コイル２６で示されるように磁気励起を与えるものである。図４ａ−４ｃはプラズマ発生装置の他の先行技術の型を示しており、磁気励起マイクロ波（ＭＥＭＷ）プラズマ発生装置である。マイクロ波周波数であって、一般的には３００ＭＨｚ（メガヘルツ）から３００ＧＨｚ（ギガヘルツ）の範囲内に入るものとして決定されるが、ある手段で４０で示されているプラズマチャンバと、通常はチャンバのトップを通じて結合されている。より低い周波数ｒｆパワーソースが、誘導プラズマ発生器におけるようにプラズマ制御のため下部電極４２に結合される。磁場励起が、４４で示される場コイルにより供給される。これらの構成は頭文字語でＭＥＭＷ(magnetically enhanced microwave)プラズマ発生器により参照されている。磁場の強度が適当に選択されるならば、プラズマ中の電子はマイクロ波周波数で共鳴する周波数で、つまり電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）として参照される条件で回転する。その代わりに、すこし異なる磁場強度が選択されるならば、「オフレゾナンス(off-resonance)」条件となる。誘導プラズマ発生器もＭＥＭＷプラズマ発生器も高いプラズマ密度と低い圧力で操作し、そして、別々のプラズマ発生器とエネルギー制御を与えるという長所を有する。これらの短所は、これらは複雑であり、高価であることであり、限定されたプロセス再現性と低圧での制御を与えることである。本発明は、平行板容量プラズマ発生器と、誘導およびＭＥＭＷ構成の両方の長所を有するものである。本発明は、プラズマエネルギー制御のための平行板電極を維持するものであり、相対的に安価な磁場発生器を用いて磁場励起を有するものである。プラズマ発生については、本発明は、多重の側電極の結合する第一のｒｆ発生器を使用する。基本的な構成は図５に示されている。平行板電極５０と５２はプラズマ領域５４の上と下に位置される。半導体ウエハ（示されていない）は、下部電極５２か上部電極５０に対して保持される。示されている構成においては、上部電極５０は接地されており、そしてｒｆパワーがプラズマ制御のために下部電極５２に供給されている。または、ｒｆパワーは、適当なｒｆパワースプリッタ（示されていない）を通じて電極５０と５２の両方に供給されてもよいこのｒｆソースの周波数は４００ｋＨｚ−１３．５ＭＨｚの範囲にされ得るものである。プラズマ発生のためのｒｆパワーは側電極５６と５８を通じて供給される、そのうちの１つは接地されているとして示されており、他のものは第二のｒｆパワーソースに結合され、周波数は約１３．５ＭＨｚでありそして好ましくは５０−２００ＭＨｚを有する側電極５６と５８の間に発生する電場はベクトルＥで示されている。磁場コイル６０は、電場Ｅと垂直にベクトルＢで示される磁場を与えるべく、プラズマチャンバ回りに位置されている。側電極５６と５８へ供給されるｒｆパワーはパワーコントローラー５７で制御される。同じく、上部および下部板５０と５２に供給されるｒｆパワーはパワーコントローラー５１により制御される。ｒｆパワーの制御はｒｆシグナルの電圧を変化させて都合良く行うことができる。場コイル６０により生じる磁場の強さは第三のコントローラー６１により制御され、磁場コイルへ供給される電流を変化させるものである。本発明の装置のキーとなる長所は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を達成するためには、磁気励起マイクロ波（ＭＥＭＷ）システムにおいて必要とされる磁場と比較して相対的に弱い磁場が必要であるということである。同様の弱い磁場がオフレゾナンス(off-resonance)条件にとっても必要とされる。簡単に説明すると、磁場の強さのこの差の原因は、マイクロ波周波数で電子を回転を起こさせるためには、より低いラジオ周波数で必要とされるよりもずっと強い磁場が必要であることである。さらに以下に説明するように、本発明を、その相対的に弱い磁場で使用することは、マイクロ波システムよりもより高い衝突エネルギーを生みだすことである。次の数学的解析は本発明の長所を明らかにする。第一に、２つの電極間の振動電場に与えられる電子の振動距離(oscillation d istance)とエネルギーを比較することが有用である。振動距離Ｓ_eと電子エネルギーＥ_eは：で与えられる。ここで、ｅ＝電子荷電、ｍ＝電子質量、Ｖ₀＝電極間電圧、Ｄ＝電極間距離、および ω＝ｒｆパワーの角周波数(angular frequency)。Ｄ＝２００ｍｍおよびＶ₀＝２０００ボルトで、つぎの、電子振動距離およびエネルギーが計算され得る。電子回転半径ｒ_gは、次のように表される：ｒ_g=2.38（Ｔ_e）^1/2Ｂ^-1、ここでＴ_e＝電子ボルト（ｅＶ）での電子エネルギーであり、Ｂ＝磁場の強さ（ガウス）である。それゆえ、電子回転半径（ｃｍで）は次のように、さまざまなＢとＴ_e値で計算され得る。このデーターの１つの重要性しては、８７５ガウスが、周波数２．４５ＧＨｚで操作するマイクロ波ブラズマ発生器のＥＣＲ条件を達成するために必要とされるだいたいの磁場強度であるということである。このことは、回転周波数の表現式から計算可能である、すなわち：ｆ＝ｅＢ／２πｍである。しかしながら、２００ＭＨｚ周波数でＥＣＲを達成するためには必要な磁場強度はほんの７１．４ガウスである。この表から、１００ガウス磁場強度に対する回転半径値は明らかに、８７５ガウスに対して得られるものより大きいが、それでも１ｃｍよりも小さい。より重要なことは、マイクロ波周波数で操作する装置にとって、１００ガウスより低い磁場強度を生じさせる磁場発生器を製造することは、８７５ガウスの磁場強度を生じさせる磁場発生器を製造するよりも、ずっと安価であることである。ＭＥＭＷシステムの電子衝突エネルギーと速度を、共にＥＣＲ条件での操作で、本発明の磁場励起マルチ容量（ＭＥＭＣ）プラズマ発生器との比較において、比較することは有用である。プラズマ中の電子の平均自由工程はプラズマの成分と、主にその圧力に依存する。中性アルゴンガスについては、種々の圧力においての平均自由工程長さは：１ｍｔｏｒｒ：４８ｍｍ１０ｍｔｏｒｒ：４．８ｍｍ１００ｍｔｏｒｒ：０．４８ｍｍ次の表は、種々の選択された圧力と電子エネルギーの両方のシステムを比較するものである。衝突エネルギーは本発明のシステムにおいて、圧力と電子エネルギーについて同じと仮定すると、充分より高いことに注意するべきである。本発明は、プラズマのエネルギーと密度の独立したよりよい制御を与えるものである。結合されてないプラズマエネルギーと密度制御を有する従来のシステムにおいては、ｒｆパワーはチャンバに導入され、そしてプラズマ密度を制御するためにパワーを変化させ、一方プラズマエネルギーはｒｆバイアス電極に供給されるパワーにより制御されていた。実際、プラズマへ供給されるパワー（ソースパワー）と、バイアス電極に供給されるパワー（バイアスパワー）は共にプラズマエネルギーに影響を与える。ソースパワーが増加すると、より多くのプラズマガス粒子がイオン化され、より高いプラズマ密度を生じる。しかしながら、プラズマ密度が増加すると、プラズマシースを通じる電流の増加があり、かつ、より低いそれに伴う電圧降下がある。プラズマに伴うｄｃバイアスはそれゆえ降下し、これはプラズマから基板上に衝突するイオンのエネルギーの尺度となる。理論的には、それゆえ、プラズマ密度は、ｒｆプラズマソースパワーを単純に増加されることにより、同時にプラズマエネルギーを増加させることなく増加され得る。しかしながら、プラズマソースｒｆパワーの増加は高エネルギーイオンを生じ、そこでプラズマソースｒｆパワーを増加することによるプラズマ密度の増加は望ましくないプラズマエネルギーの増加を伴う。本発明においては、プラズマ密度は、磁場の強度の増加により強化される。磁場はプラズマ中の電子を回転させ、より多くの衝突を生じさせ、エネルギーを増加させることなくプラズマ密度を増加させる。実際、ｄｃバイアスは、それとともにプラズマエネルギーは、プラズマ密度の増加の結果として減少する。つまり、本発明は、プラズマ密度とエネルギーへの制御を与え、そしてこれらのパラメーターへのより独立した制御を可能とするものである。図６の実施態様においては、６２．１−６２．６で示される３対の側電極がある。図８と９について議論されるが、側電極は直径方向に相対する電極と結合されており、それぞれの板には、隣の電極に対し位相がずらされたｒｆシグナルが供給されている。６つの電極に対して、図６の実施態様における隣の電極間位相ずれは、（３６０／６）°または６０°である。隣り合う電極の端がそれぞれに平行となっているように示されているが、電極表面において不意の停止から生じることのあるあらゆる不連続性を滑らかなものとするために、プラズマチャンバの主軸に平行ではない。図６はまた、プラズマが下流のプロセスチャンバ６４で使用される構成を示している。基本的には、プロセスシステムの特定の構成をデザインするにあたっては、下部電極はプロセスの最中(in situ)には持ち上げられており、または下流のプロセスにおいては下げられているものである。図７は、図６において示される実施例と同様のものを示しており、プラズマチャンバ回りに均一に配置されている４つの側電極６６．１−６６．４を持つ。この場合は、隣り合う側電極に供給されるｒｆシグナルは図８に示されるように、位相で９０°置き換えられている。ｒｆシグナルが位相遅延(phase delay)およびスプリッティング回路６８に、側電極６６．１−６６．４へそれぞれ接続されている線で供給され、４つの別々のシグナルを発生する。図９および１０ａ−１０ｄは、図８の回路がどのようにして回転電場（ベクトルＥで示される）を生じるかを示している。図９は、電極６６．１−６６．４それぞれに供給されるｒｆシグナルの波形を示している。これらは、１つの電極から次の電極へ９０°変異される交流（ａｃ）シグナルの波形を示している。図１０ａは、図９でのＡに対応する時間でのピークＥ−場ベクトルの方向を示すものである。このベクトルは電極６６．３から６６．１へと向けられている。サイクルで９０度後、図９において時間Ｂで、ピークＥ−場ベクトルは、電極６６．４から電極６６．２への方向にむいている。さらに９０度後、図９において時間Ｄで、そのベクトルは電極６６．２から６６．４への方向にむいている。図１１ａ −１１ｄから、４つの側電極へ供給されるｒｆシグナルの効果は、回転する電場を生みだすことであることがわかるであろう。このことはプラズマ形成の均一性を強調することになる。図１１は、ｒｆ位相遅延およびスプリッティング回路６８を実施する１つの方法を示している。回路は、０゜−１８０゜スプリッター７０を含む、および２つの０°−９０°スプリッター７２と７４を含む。スプリッターは、一般的に、あるレベルの角度誤差なしで実施されることは出来ないので、スプリッター７０は固定誤差α(fixed error)を持込むものと仮定されている。ゆえに、スプリッター７０への入力は角度０°でシグナルＶ₁と仮定される場合に、出力は角度αでＶ₁／２、角度（α＋１８０）°でＶ₂／２となるであろう。他のスプリッター７２と７４が固定誤差θと増幅因子Ａを持込むものと仮定すると、スプリッター７２の出力は角度（α＋θ）°および（α＋θ＋９０）°でシグナルＡＶ₁であり、そして（α＋θ＋１８０）°および（α＋θ＋２７０）°でシグナルＡＶ₁である。同じ誤差がすべての４つの出力に現われるので、本発明の操作に有害的に影響を与えることはない。１８０°スプリッター７０は、望ましい位相反転(pha se reversal)を与える単純な誘導要素(inductive element)として実施され得る。９０°スプリッター７２と７４は従来型の、Ｔ−またはπ−セクションで結合されるｒｆ誘導および容量部品を用いて実施され得る。図１２は、電極６６．１−６６．４にそれぞれ供給するために、４つのｒｆパワーシグナルを発生するための代替手法を示すものである。この装置は、マスターｒｆパワーソース８０と、９０°位相遅延回路８４を通じてマスターｒｆパワー供給に毛ゆ号されているスレーブｒｆパワーソース８２を含む。ｒｆパワー供給８０と８３からのパワーシグナは、マッチングネットワーク９０と９２を通じてそれぞれ角度０°−１８０°スプリッター８６と８８へ結合されている。スプリッター８６は、電極６６．１と６６．３にそれぞれ結合するべくｒｆパワーシグナルを角度０°と１８０°で発生し、スプリッター８８は、電極６６．２と６６．４にそれぞれ結合するべくｒｆパワーシグナルを角度９０°と２７０°で発生する。上に説明したことから、本発明はプラズマ発生装置の分野において重要な進歩を表すものであることが理解されよう。特に、本発明は従来の平行板プラズマ発生の有利な点と、誘導プラズマ発生の有利な点とを結合したものである。結果としての装置は、高圧力または低圧力で効果的に操作可能であり、そしてプラズマの別々の制御を提供し、そして良好なプロセス制御と再現性を提供するものである。さらに、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件でまたはその近くでの操作にたいては、ＥＣＲ条件での比較され得るマイクロ波プラズマ装置の操作に必要な磁場よりもずっと弱い（そしてそれゆえ安価な）磁場のみ必要である。いくつかの本発明の実施の態様が詳細に説明されたが、種々の変形修正も本発明は、名の本質を越えずに成され得ることは理解されよう。従って、本発明は添付されるクレームによる以外限定されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 16/50 7720−4ＫＣ２３Ｃ 16/50 Ｈ０１Ｌ 21/205 8617−4ＭＨ０１Ｌ 21/205 (72)発明者ハナワ，ヒロジアメリカ合衆国，カリフォルニア州 95051，サンタクララ，フローラヴィスタ 3427 (72)発明者スミス，ケニスアメリカ合衆国，カリフォルニア州 94087，サニーヴェール，クアイルアヴェニュー 1618 【要約の続き】り、それぞれの電極は、プラズマ形成の均一性をさらに強化する回転電場を生じるため、隣接する電極に比較して位相遅延シグナルを受けるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１．上部および下部壁、側壁を有し、さらに、ガスプラズマプロセス環境を維持し、そして前もって選択された操作圧力へ減圧し得るプラズマチャンバと共に使用し、および第一のおよび第二のラジオ周波数（ｒｆ）パワーのソースと共に使用するための装置であって、前記装置が：側電極であって、チャンバ側壁近くに配置され、該電極が、プラズマ放電を保持し得る該チャンバ内で横断電場を生じるため、第一のｒｆパワーソースからパワーを受けるべく適合されている複数の側電極と；該プラズマ密度を強化し得る横断電場に略垂直のチャンバ内の磁場を発生する手段と；１対の空間配置された上部および下部電極であって、少なくともその１つがｒｆパワーの第二のソースからパワーを受けるべく適合され、該上部および下部電極が該チャンバ内で該横断電場に略垂直に電場を発生するべく配置されるものと；少なくとも１つの該上部および下部電極へ該ｒｆパワーを変化するための制御器とを有する装置であり、該上部および下部電極の１つに隣接して配置されるワークピースプロセスのため、供給される該プラズマエネルギーがプラズマ生成に略独立に制御され得ることを特徴とするもの。２．クレーム１に定義される装置であって：前記第一のｒｆパワーソースが、約１３．５メガヘルツ（ＭＨｚ）またはそれ以上の周波数で操作し、前記第二のｒｆパワーソースが約１３．５ＭＨｚまたはそれ以下で操作することを特徴とする装置。３．クレーム２に定義される装置であって：前記第一のｒｆパワーソースが、約５０から２００ＭＨｚの範囲の周波数で操作し、前記第二のｒｆパワーソースが約４００ｋＨｚから１３．５ＭＨｚの範囲の周波数で操作することを特徴とする装置。４．クレーム２に定義される装置であって：前記第一のｒｆパワーソースが、約５０から１００ＭＨｚの範囲の周波数で操作し、前記磁場発生の手段が、サイクロトロン共鳴条件で、またはそれに近い条件で操作するために約１００ガウス以下の磁場を生じることを特徴とする装置。５．クレーム１で定義される装置であって：ｎ個（ｎは少なくとも４）側電極があり、前記第一のｒｆパワーソースが、該プラズマチャンバ内で回転電場を発生するためそれそれの側電極へ供給するために、１つから次に位相角で３６０／ｎ度遅延するｎ個のｒｆシグナルを発生する手段を有することを特徴とする装置。６．クレーム５に定義される装置であって：側電極の前記ｎが４であることを特徴とする装置。７．クレーム５に定義される装置であって：側電極の前記ｎが６であることを特徴とする装置。８．上部および下部壁、側壁を有し、さらに、前もって選択された操作圧力へ減圧することができ、ガスプラズマプロセス環境を維持し得るプラズマチャンバを操作する方法であって、前記方法が：第一のラジオ周波数（ｒｆ）パワーシグナルを複数の側電極であって、前記チャンバの側壁付近に配置され、プラズマ放電を保持するために、チャンバ壁を横断する電場を生じるために供給するものをステップと；該プラズマ密度を強化するために、前記横断電場に略垂直のチャンバ内の磁場を発生するステップと；第二のｒｆパワーシグナルを、前記横断電場に略垂直に電場を発生させるため１対の空間配置された相対する上部および下部電極に供給するステップであって、前記第二のｒｆシグナルが、前記上部および下部電極の１つに隣接して配置されるワークピースの望ましいプロセスのため作用する前記プラズマエネルギーの制御を提供するステップを有する方法。９．クレーム８に定義される方法であって：前記第一のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、約１３．５メガヘルツ（ＭＨｚ）またはそれ以上の周波数のシグナルを発生し、前記第二のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、約１３．５ＭＨｚまたはそれ以下の周波数のシグナルを発生することを特徴とする方法。１０．クレーム９に定義される方法であって：前記第一のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、約５０から２００ＭＨｚの範囲の周波数のシグナルを発生し、前記第二のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、約４００ｋＨｚから１３．５ＭＨｚの範囲の周波数のシグナルを発生することを特徴とする方法。１１．クレーム８に定義されている方法であって：前記第一のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、約５０から１００ＭＨｚの範囲の周波数のシグナルを発生し、磁場を発生する前記ステップが、サイクロトロン共鳴条件でまたはそれに近い条件での操作のために約５０−１００ガウスより小さい磁場を発生することを特徴とする方法。１２．クレーム８で定義される方法であって：ｎ個（ｎは少なくとも４）側電極があり、前記第一のｒｆパワーシグナルを発生するステップが、該プラズマチャンバ内で回転電場を発生するためそれそれの側電極へ供給するために、１つから次に位相角で３６０／ｎ度遅延するｎ個のｒｆシグナルを発生することを有することを特徴とする装置。１３．クレーム１２で定義される方法であって：前記側電極の数ｎが４であることを特徴とする方法。１４．クレーム１２で定義される方法であって：前記側電極の数ｎが６あることを特徴とする方法。１５．前もって選択された操作圧力で維持されるべく適合され、前記チャンバ内のサポートにより決められる基板サポート面で基板をロセスするためのプロセスガスが導入され得るチャンバ内で制御可能なプラズマを発生するための方法であって、前記方法が：前記基板サポート表面を横切るチャンバ内で第一のラジオ周波数（ｒｆ）電場を発生するステップと；前記チャンバ内で、前記第一のｒｆ電場を横切る磁場を発生するステップと；前記第一のｒｆ電場を横切る第二のｒｆ電場を発生するステップと；および生じたプラズマの密度およびエネルギーを制御するために電場および磁場のうち少なくとも１つを変化させるステップとを有する方法。１６．クレーム１５で定義された方法であって；さらに第一のｒｆ電場を回転するステップを含むことを特徴とする方法。１７．クレーム１５で定義される方法であって；前記電場および磁場のすくなくとも１つを変化する前記ステップが、プラズマエネルギーに重要な影響を当与えることなく望ましいプラズマ密度を得るために電場を一定に維持しつつ磁場を変化させることを含むことを特徴とする方法。１８．クレーム１７で定義される方法であって；前記磁場強度が、プラズマエネルギーを増加することなく望ましい高いプラズマ密度を得るために、増加されることを特徴とする方法。１９．クレーム１５で定義される方法であって；第二のｒｆ電場が、前記基板サポート表面と略平行および反対側に位置される電極の第一の１対の電極のうち少なくとも１つに容量結合しるｒｆパワーにより発生されることを特徴とする方法。２０．クレーム１９で定義される方法であって；前記第一の１対の電極の前記他の電極が接地されていることを特徴とする方法。２１．クレーム１９で定義される方法であって；前記第一の１対の電極の前記他の電極が、前記対の対する電極に関して１８０° の位相遅延を有してｒｆパワー化(rf powered)されていることを特徴とする方法。２２．クレーム１５で定義される方法であって；第一のｒｆ電場が、前記チャンバ環境の囲りの関係に配置される少なくとも１対の付加的な電極の少なくとも１つの電極へ容量的に結合したｒｆパワーにより発生されることを特徴とする方法。２３．クレーム２２で定義される方法であって；複数の付加的な電極対が、れぞれの付加的な電極対が対向する関係で、対称配置に与えられていることを特徴とする方法。２４．クレーム２３に定義される方法であって；付加的電極のそれぞれの対の１つがｒｆパワー化されているが、前記対の対向する電極に関して１８０°の位相遅延していることを特徴とする方法。２５．クレーム１５に定義される方法であって；前記磁場が、前記チャンバ上に位置される少なくとも１つの磁場コイルにより与えられることを特徴とする方法。２６．クレーム１５に定義される方法であって；前記磁場が、約１００ガウスまたはそれ以下の強さを有することを特徴とする方法。２７．クレーム２６に定義される方法であって；前記ｒｆ周波数および磁場が、電子サイクロトロン共鳴条件でまたはその条件近くで操作するためにお互い関連していることを特徴とする方法。２８．クレーム１６に定義される方法であって；前記プラズマが直径方向に対称領域にとじ込められ、さらに前記第一の電場が、前記チャンバ壁のついて直径方向に対称に配置される複数の電極により発生することを特徴とする方法。２９．前もって選択された操作圧力へ減圧され、およびガスウエハプロセス環境を維持し得るプラズマチャンバ内で用いる装置であって、前記チャンバ内でサポートにより決められる基板サポート表面で基板をプロセスするための装置であって、前記装置が：前記基板サポート表面を横切るように方向ずけられた第一のラジオ周波数（ｒｆ）電場を保持するための第一の電極と；前記第一のｒｆ電場に横切るように前記チャンバ内に磁場をサポートするための少なくとも１つの磁場サポート装置と；前記第一のｒｆ電場を横切るような第二のｒｆ電場をサポートする第二の電極と；および前記生じるプラズマのエネルギーと密度を制御するために前記電場および磁場の少なくとも１つを変化させる制御器とを有することを特徴とする装置。３０．クレーム２９で定義される装置であって；さらに、前記第一のｒｆ電場を回転するための手段を含むことを特徴とする装置。３１．クレーム２９で定義される装置であって；前記制御器が、前記電場は一定に維持しつつ、前記プラズマエネルギーに重大な影響を与えずに望ましいプラズマ密度を得るために磁場を変化させることを特徴とする装置。３２．クレーム３１に定義される装置であって；前記制御器が、前記プラズマエネルギーに重大な影響を与えずに望ましい高いプラズマ密度を得るために前記磁場の強度を増加することを特徴とする装置。３３．クレーム２９に定義される装置であって；前記第二の電極が、前記基板サポート表面と略平行でありかつ反対側に位置される１対を含むことを特徴とする装置。３４．クレーム３３に定義される装置であって；前記第二の電極の対の少なくとも１つの電極がｒｆパワーに容量的に結合されることを特徴とする装置。３５．クレーム３４に定義される装置であって；前記第二の電極の第一の対の前記他の電極が接地されていることを特徴とする装置。３６．クレーム３３で定義される装置であって；前記電極対が、前記対のの１つが、前記対の前記他の電極に関して１８０°位相遅延をもってｒｆパワー化されていることを特徴とする装置。３７．クレーム２８で定義される装置であって；前記電極が、前記チャンバ環境を囲む関係で位置される１対の電極を含むことを特徴とする装置。３８．クレーム３７に定義される装置であって；前記第一の電極の対が容量的にｒｆパワーに結合することを特徴とする装置。３９．クレーム３７で定義される装置であって；複数の前記第一の電極対が、それぞれの電極対が相対する関係であるように対称配置で与えられていることを特徴とする装置。４０．クレーム３９で定義される装置であって；前記第一の電極の付加的対のそれぞれの１つが、前記対の相対する電極に関して１８０°位相遅延があるようにｒｆパワー化されていることを特徴とする装置。４１．クレーム２９に定義される装置であって；前記磁場サポート装置が、前記チャンバ付近の磁場コイルを有することを特徴とする装置。４２．クレーム２９に定義される装置であって；前記磁場が約１００ガウスまたはそれ以下の強度を有することを特徴とする装置。４３．クレーム４２に定義される装置であって；前記ｒｆ周波数および磁場が、電子サイクロトロン共鳴の条件でまたはそれに近い条件でおたがいに操作上関連ずけられていることを特徴とする装置。４４．クレーム３０で定義される装置であって；前記プラズマが、直径方向に対称な領域にとじ込められること、および前記第一の電極が、前記チャンバ壁付近に直径方向対称に配置される複数の電極を有することを特徴とする装置。４５．クレーム２９に定義される装置であって；前記大地位の電極が、前記ウエハサポート表面に略平行な前記第一のｒｆ電場に方向ずけられていることを特徴とする装置。４６．クレーム２９に定義される装置であって；前記磁場装置が、前記磁場を前記第一のｒｆ電場に略垂直に方向ずけられていることを特徴とする装置。４７．クレーム２９に定義される装置であって；前記電極が、前記第二のｒｆ電場を、前記第一の電場に略垂直に方向ずけることを特徴とする装置。