スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置
【課題】 基板表面で均一・高濃度のイオンフラックスを形成し、またターゲットへの再堆積を生じる事のない、スパッタ成膜用の容量結合型プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 容量結合型の機構を備えた上部電極１、上部電極に取り付けられた非磁性物質で作られたターゲット部材２、ターゲット部材の上部表面の上に配列された複数のマグネットで、そのうち２つの間に等しい距離を持ちかつ交互に替わる磁極極性持つ複数のマグネット６、上部電極に平行に配置された下部電極３、下部電極の上に搭載されたウェハ１７、１０〜３００ＭＨｚの範囲の周波数で動作し、整合回路１５を介して上部電極に接続された高周波電源１６、を備えるプラズマ処理装置。
【解決手段】 容量結合型の機構を備えた上部電極１、上部電極に取り付けられた非磁性物質で作られたターゲット部材２、ターゲット部材の上部表面の上に配列された複数のマグネットで、そのうち２つの間に等しい距離を持ちかつ交互に替わる磁極極性持つ複数のマグネット６、上部電極に平行に配置された下部電極３、下部電極の上に搭載されたウェハ１７、１０〜３００ＭＨｚの範囲の周波数で動作し、整合回路１５を介して上部電極に接続された高周波電源１６、を備えるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置に関し、特に、半導体産業において集積回路の製造工程の間に金属あるいは誘電体物質のスパッタ処理に有用な高周波（ＨＦまたはＶＨＦ）電極でのプラズマイオン密度とイオンエネルギを独立に制御できる改善されたプラズマ源を有するプラズマ支援スパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
径方向に高い均一性を有する大面積高密度プラズマ源は、大面積基板を、当該基板の表面に組み付けられているデバイスに電荷誘導ダメージを与えることなく処理することが高く要求されている。特に、堆積膜の高い均一性を備える、金属と誘電体物質のスパッタ処理のための新しいプラズマ源の開発が重要である。従来のプラズマ源において上記特性を得ることの困難性が、図６〜図９に示されるごとく、２つの従来の構成を用いて説明され、これらの従来の構成は通常２００ミリウェハまたは平板パネルのプラズマ処理装置において適用される。
【０００３】
図６は、半導体産業におけるスパッタ成膜応用のために用いる簡略化された従来のマグネトロン型プラズマ源を示す。反応容器１０１は、非磁性金属で作られた上部電極１０２、円筒形側壁１０３、そして下部電極１０４から成っている。上部電極１０２は反応容器１０１の天井板を形成し、下部電極１０４は反応容器１０１の底板１０５の上に設けられている。上部電極１０２と下部電極１０４は、反応容器１０１の少なくとも一部にわたって互いに平行である。側壁１０３と底板１０５は、例えばステンレスのような金属で作られている。側壁１０３と底板１０５は接地されている。側壁１０３の上側部分は、反応容器の外側に室を作るため、上方に延びている。側壁１０３は誘電体リング１０６を有している。スパッタされる必要のある物質で作られたターゲットプレート１０７は上部電極１０２の下面に固定されている。通常、ターゲットプレート１０７は上部電極１０２に比較してわずかにより小さい寸法を有している。上部電極１０２とターゲットプレート１０７の合成された構造は、反応容器１０１の残りの部分から電気的に絶縁するため、誘電体リング１０６の上に置かれている。上部電極１０２の上面上に円形およびリング形状をした２つのマグネット１０８Ａ，１０８Ｂが図６と図７に示されるように同心円的位置関係にて配置されている。２つのマグネット１０８Ａ，１０８Ｂは上部電極１０２に固定され、２つのマグネット１０８Ａと１０８Ｂの上に磁路として用いられるプレート１２１が配置される。中央のマグネット１０８Ａは円柱形の形状を有し、図７に示されるごとくいかなるキャビティ（空洞）も持たない。外側のマグネット１０８Ｂはリング形状を有している。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂの各々の高さと幅は重要なことではなく、反応容器１０１の他の寸法に従って選択される。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂは、反応容器１０１の内側に向かって反対の極性を有するように上部電極１０２の上に配置される。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂの配列は、これらの２つのマグネットの間に曲線的な磁界１０９を生成する。
【０００４】
上部電極１０２は整合回路１１１を介して０．１ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲の周波数で動作する高周波電源１１０に接続されている。高周波電源１１０の周波数は通常１３．５６ＭＨｚである。高周波電源が上部電極１０２に電力を供給するとき、プラズマは容量結合型機構によって生成される。いったんプラズマが作られると、プラズマ内の電子は曲線の磁界の中に閉じ込められ、このことがその領域におけるプラズマ密度の増加をもたらす。
【０００５】
基板１１２は下部電極１０４の上に配置され、この下部電極は絶縁物質１１３を介して底板１０５から電気的に絶縁されている。下部電極１０４は高周波電源から高周波電力を与えられてもよいし、与えられなくてもよい。もし高周波電力が高周波電源１１４によって整合回路１１５を介して下部電極１０４に与えられるのであるならば、図６に示すように、高周波電源の周波数は通常０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲に存在する。高周波電流が下部電極１０４に与えられるとき、それは負にバイアスされ、そのため基板１１２の表面の上にイオン衝突を起こす原因となる。イオン衝突は基板１１２に堆積された膜の上をエッチング処理する原因になるけれども、下部電極１０４の自己バイアス電圧は、膜堆積速度が基板１１２上の膜エッチング速度を超えるように、制御される。
【０００６】
図８に示された他の従来のマグネトロン型のスパッタ源は、図６で与えられた前述のプラズマ源のわずかな改良である。ここで、中央のマグネット１０８Ａは上部電極１０２の下側で非対称の磁界１０９を形成するために偏芯(off-axis)のモードで配置されている。このマグネット配列の平面図が図９に示されている。このマグネットの構成は上部電極１０２の中心軸（図において点線１１６として示されている）の周りに回転させされる。図８と図９に示されたマグネット１０８Ａ，１０８Ｂによって形成されるマグネットの配列は非対称に回転する。
【０００７】
また、従来の磁石を用いたプラズマ処理装置の例は、他にも特許文献１〜４に示すようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１５６３７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１３３３７０号公報
【特許文献３】特開平１０−０２１５９１号公報
【特許文献４】特開平０３−２４０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に示された平行平板型プラズマ反応容器は、平行電極間の大面積プラズマ、プラズマの容易な発火、そして下部電極表面におけるプラズマイオンエネルギ制御可能性、といういくつかの利点を有している。図６において与えられたマグネット配列を用いれば、上部電極１０２の下側にドーナツ形状の曲げられた磁界が生成される。いったんプラズマが発火されると、ドーナツの形状をしたより高い密度のプラズマが電子の磁界による閉じ込めの作用によって上部電極１０２の下側に形成される。このより高い密度のプラズマは主にマグネット１０８Ａ，１０８Ｂの磁極の間の領域内に閉じ込められるので、マグネットの磁極の近傍においては低いプラズマ密度が存在する。
【００１０】
さらに、磁界の強さは磁極の方向に向かって増大する。これは電子のミラー反射の原因となり、当該ミラー反射はマグネット１０８Ａ，１０８Ｂの磁極において低い電子密度をもたらす原因となる。電子密度が低いとき、イオン密度は、同様にまた、イオンが電子によって生成された静電界によってプラズマの中でトラップされるので、低くなる。
【００１１】
上述したように２つの理由のため、磁極でのイオンの流れはより小さくなり、低いスパッタリング速度という結果をもたらす。しかしながら、マグネット１０８Ａと，１０８Ｂの各磁極の間にドーナツの形状で高密度プラズマが存在するので、２つのマグネットの間の領域に対応するターゲットプレート１０７の面は強くスパッタされることになる。これらのスパッタされた原子の一部はガス分子による散乱が原因でもとの方向へ反射され、そしてターゲットプレート１０７の上に再び堆積する。磁極に対応するターゲットプレート表面の場所でスパッタ速度が相対的により小さいので、これらの場所におけるスパッタされた原子の堆積が支配的となる。しかしながら、再度堆積した膜は低い密度を有し、ターゲットプレート１０７の上に緩くくっつき、こうしてそれは容易にパーティクルとして離れる。さらに、ドーナツ形状をした領域のみのエッチングが原因で、ターゲットの利用効率が非常に減少する。
【００１２】
ターゲットプレート１０７上のスパッタされた物質の再堆積を避けるため、図８に示されるように、マグネット１０８Ａ，１０８Ｂは非対称に配置され、そして上部電極の中心軸１１６の周りに回転させられる。磁極に対応する場所にスパッタ物質の再堆積があるとしたとしても、再堆積した膜はすぐにマグネットの回転が原因でプラズマの中にスパッタされて戻される。従って、プラズマにおけるパーティクルの源は除去される。
【００１３】
しかしながら、図８に与えられた構成で生成されるプラズマは径方向に不均一である。このことが基板１１２の表面の上に不均一なイオンの流れをもたらす原因となる。これは、特に、もし基板１１２が下部電極１０４に対し高周波電力を与えることによって負にバイアスされているならば、基板表面の上に作られた局所的電荷増大の原因となり、それは基板１０７の上でのサブミクロン大の素子の電気的ブレークダウンという結果をついにはもたらす。
【００１４】
本発明の目的は、ウェハまたは基板の表面におけるより高いイオンの濃度とより高いイオンの束(flux)の均一性を備え、そしてターゲット部材へのスパッタされた物質の戻りによる再堆積を生じない、スパッタ成膜応用のための磁気的に強められた容量結合型のプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の構成は、ターゲット部材下側に、磁気的に強められた容量結合型のプラズマを維持する。マグネットはターゲット部材の下側に多く(cluster：集団)のポイントカスプ磁界（磁場）を生成するために設けられ、それ故、ターゲット部材の近傍においてより高い磁界強度が存在し、それがより高いプラズマ密度を結果的にもたらす。ウェハが配置される下部電極に向かって磁界が急速に弱くなるため、ウェハは磁界がない環境にある。このことはウェハに負のバイアス電圧を与える目的で下部電極に対して高周波電力を与えることが容易となる。さらに、マグネット配列の回転のために、ターゲット上でスパッタされた原子が再堆積するのを防止され、そしてターゲットのエロージョンの形状がほとんど均一となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるプラズマ処理装置は所定の配列を有する複数のマグネットを用いることで多くのポイントカスプ磁界を作ることによってターゲット部材の下側に高密度プラズマを作ることができる。上部電極と下部電極の各々に与えられる高周波電力を制御することによってプラズマ密度（あるいはイオン束）とウェハ表面に衝突するイオンエネルギの独立な制御を容易に行うことができる。本発明は、基板表面でのより高いイオン濃度、より高いイオン束の均一性で、かつターゲット部材に戻るスパッタ物質の再堆積を生じさせないことで、スパッタ成膜応用のための磁気的に強められた容量結合型のプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】容量結合型の電極、ターゲット部材、そしてマグネット配列を示す第１実施形態の断面図である。
【図２】第１実施形態で用いられたマグネット配列を示す。
【図３】第２実施形態の縦断面図である。
【図４】第４実施形態の縦断面図である。
【図５】第４実施形態におけるシートとマグネットの側面図である。
【図６】プラズマ処理のために用いられる第１の従来のプラズマ源を示す概略図である。
【図７】図６で示された上部電極の上面図である。
【図８】プラズマ処理のために用いられた第２の従来のプラズマ源を示す概略図である。
【図９】図８で示された上部電極の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、好ましい実施形態が添付された図面に従って説明される。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【００１９】
実施形態のプラズマ処理装置のために用いられるプラズマ源の図を示している。図１はプラズマ処理装置の断面図を示し、図２はマグネット配列を示す。
【００２０】
上記のプラズマ処理装置において、反応容器５０は、上部電極１、ターゲット部材２、下部電極３、円筒形側壁２１、天井板（トッププレート）２２ａ、底板（ボトムプレート）２２ｂ、そしてウェハホルダ２３から構成されている。ターゲット部材２は上部電極１の面に設けられている。複数のマグネット６はターゲット部材２の上面の上側であって上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ（空洞）１３に設けられている。さらに、反応容器５０はガス導入部４と真空排気部５を有している。この真空排気部５は真空ポンプ（図示されず）に接続されている。
【００２１】
上部電極１は例えばＡｌ（アルミニウム）のような金属で作られており、誘電体物質、例えばセラミックで作られたリング１４ａの上に配置されている。上部電極１は円形の形状を有している。上部電極１１の寸法は重要なことではなく、処理されるべき基板の大きさに依存している。円筒形側壁２１、天井板２２ａ、そして底板２２ｂは金属で作られており、電気的に接地されている。
【００２２】
ターゲット部材２は例えば銅のような金属で作られており、スパッタされる必要があり、ウェハ１７の表面に堆積される。このウェハ１７はウェハホルダ２３に設けられた下部電極３の上に搭載される。ターゲット部材２は上部電極１に対して例えばボルトまたは拡散接合によって強く固定されている。上部電極１とターゲット部材２の形状は上部電極１とターゲット部材２の間にキャビティ１３が存在するように設計されている。上部電極とターゲット部材の直径は重要な事項ではなく、ウェハ１７の直径に依存して選択される。例えば、もしウェハの直径が２００ｍｍであるならば、ターゲットの直径は２００ｍｍから３５０ｍｍの範囲に存在する。マグネット６の下側のターゲット部材２の厚みは同様にまた重要な事項ではなく、通常、およそ１５ｍｍ程度である。
【００２３】
上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ１３内にあるマグネット６の配列は図２に示されている。複数のマグネット６は円形シート７に固定されている。マグネット６はお互いに等しい距離で配列され、交互に替わる極性を有している。いかなる２つの隣り合うマグネット６の間の間隔は重要な事項ではなく、１０ｍｍから５０ｍｍの範囲において変わり得る。各マグネットの寸法は同じである。マグネット６の断面形状は四角形状あるいは円形状である。もし断面の形状が円の形状であるならば、その直径は５ｍｍから４０ｍｍの範囲において変わり得る。もし断面の形状が四角の形状であるならば、同等の寸法が採用される。マグネット６の高さは重要な事項ではなく、５ｍｍから３０ｍｍの範囲にすることができる。さらに、マグネット６の磁界２４の強さは同様にまた重要な事項ではない。通常、マグネット６の強さは、ターゲット部材２の下面でおよそ１００ガウスから６００ガウスの強さの磁界を生成するように選択される。
【００２４】
先に説明されたようにターゲット部材２の上にマグネット６が配列されるとき、いずれの磁極から出る磁界ライン２４はすぐに最も近い反対の極性を有する磁極に向かって曲がる。それ故に、このマグネット配列は多くのポイントカスプ磁界を作り出す。マグネット６はお互いに接近するように配列されているので、磁界ライン２４はマグネット６から短い距離で曲がる。それ故、このマグネット配列は、ターゲット部材２の内側領域の近傍で強い磁界２４を作り、下部電極３に向かって非常に急速に衰える。従って、ターゲット部材２と下部電極３の間の適当な距離を維持することによって、下部電極３の表面で磁界に拘束されない環境を得ることができる。
【００２５】
各マグネット６の１つの磁極はシート７に取り付けられ、このシートは好ましくは金属で作られている。各マグネット６の他の磁極はプラズマ処理反応容器５０の内部に対向している。マグネット６が取り付けられたシート７は上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ１３内であって、ベアリング８の支持部を備えて固定されている。シート７は上部電極の１の中心軸の周りに回転させることができる。さらに、マグネット６の下面とターゲット部材の上面との間に小さい間隔、好ましくは、およそ１ｍｍの間隔を持つように設けられている。複数のマグネット６を備えたシート７を回転させるために、シート７の上面は適当なギヤ装置１０ａ，１０ｂを介してモータ９につながっている。シート７の上面におけるギヤ装置１０ａ，１０ｂは絶縁物質で作られたロッド１１によって接続されている。このことはモータ９とマグネット６に高周波電流が流れるのを取り除くために重要なことである。絶縁物質で作られたロッド１１は上部電極１に形成された小さな孔１２を通過させられる。上部電極１に作られた小さな孔１２の直径はできるだけ小さいものとされ、これは上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティに高周波電流が通電するのを防止するためである。シート７を含むマグネット配列は予め定められた周波数、通常およそ５〜１０Ｈｚで回転させられる。モータ９は好ましくは反応容器５０の側壁２１の外側に配置され、ＤＣまたはＡＣ電流によって動作させられる。先に説明されたようにマグネット配列は回転させられるのであるが、当該マグネット配列を回転させるためには異なる他の技術を用いることもでき、例えば小さな孔１２を用いることを省略できる或る種の磁気結合を用いることができる。
【００２６】
上部電極１、ターゲット部材２、そしてマグネット配列から成る合成構造は誘電体リング１４Ａ，１４Ｂを配置することによって反応容器５０の他の部分から電気的に絶縁されている。上部電極１は整合回路１５を介して高周波電源１６に接続されている。高周波電源１６の周波数は、重要な事項ではなく、１０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲に存在させることができる。
【００２７】
下部電極３は整合回路１９を介して高周波電源１８に接続される。下部電極３は高周波電源１８から高周波電力を与えられる。高周波電源１８の周波数は、重要な事項ではなく、０．１ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲において変えることができる。高周波電源１８は省略することもできる。下部電極３に高周波電力が与えられないのであるならば、下部電極３の電気的状態は浮遊状態であるかまたは接地状態である。下部電極３の正確な電気的な状態は各ウェハの処理技術によって決定される。
【００２８】
図１に示されるようにプラズマ処理反容器５０のガス導入装置が存在する。複数のガス入り口４を備えた円形管２０は側壁２１の内面に固定されている。しかしながら、反応容器５０の中にプロセスガスを導入する異なる技術を採用することもできる。
【００２９】
高周波電源１６から上部電極１に対して高周波電力が適用されるとき、ターゲット部材２の下面へ高周波電流が流れ、そして容量結合型機構によってプラズマを生成する。ターゲット部材２の近傍における磁界２４のため、プラズマ中の電子はサイクロトロン回転を行い、ターゲット部材２に接近させて閉じ込める。このことは、プラズマ密度の増加という結果をもたらす。マグネット６はターゲット部材２の下面を通して複数の曲げられた磁界２４を作るように設けられているので、高密度プラズマは、曲げられた磁界ライン２４の各組の中に生成される。設けられたマグネット６の数に依存して、局所的な高密度プラズマサイトの数は変化する。多くの互いに接近するマグネット６を調整することによって、高密度プラズマの生成サイトの総数は増加させることができる。それ故にターゲット部材２の下側の平均的プラズマ密度は従来技術の欄で説明された従来のプラズマ源のそれらに比較して非常に増加させることができる。
【００３０】
プラズマの生成で、ターゲット部材は負にバイアスされ、それはターゲット部材２の表面面積が、プラズマが接触している接地された表面の面積よりも小さくなるからである。この負の自己バイアス電圧が原因で、プラズマ中のイオンはターゲット部材２に向かって加速し、エネルギを得てターゲット２の上に衝突する。これはターゲット部材２をスパッタし、スパッタされものがプラズマに向かう。ターゲット部材２からのスパッタされた原子の一部はプラズマを通り抜けて通過し、ウェハ１７の表面に堆積する。スパッタされた原子の他の一部はターゲット部材２に再び堆積し、これはガス状態におけるスキャッタリング（散乱）によるものである。残りのスパッタされた原子はプラズマに晒された円筒形側壁２１、そして他の表面の上に堆積する。
【００３１】
いったんプラズマがターゲット部材２の下側に生成されると、ターゲット部材２の近傍の電子とイオンはＥ×Ｂによって駆動される。ここで、ＥとＢはそれぞれターゲット表面での直流電界と磁界である。しかしながら、このプラズマのＥ×Ｂドリフトは、マグネット６の間隔によって定義されるより小さい領域に局所的に存在させられる。何故なら、マグネット６は隣り合うマグネットのＥ×Ｂドリフトをなくさせるように設けられている。それ故にこのマグネット配列はターゲット部材２の下側数ｃｍの所で拡散プロセスによってほとんど径方向に均一なプラズマを作る。さらにマグネット６の回転のため、ターゲット部材２の上で再堆積サイトは全く存在しない。このことは、同様にまた、ターゲット部材２のほとんど均一なエロージョンの原因となり、これはターゲットの利用効率の増大という結果をもたらす。
【００３２】
先に説明されたように下部電極の表面では全く磁界は存在しない。それ故に、高周波電源１８から供給される高周波電力はウェハ表面上のプラズマ均一性を乱すことなく下部電極３に与えられる。もしウェハの表面で磁界が存在するならば、プラズマはＥ×Ｂドリフトのため反応容器５０の他の側に向かって移動し、ここでＥとＢはそれぞれウェハ表面における直流電界と磁界の強さである。下部電極に対して適当な高周波電力を与えることによってその自己バイアス電圧は変化させられ、それによってウェハの表面に衝突するイオンのエネルギは変化させられる。
【００３３】
第１実施形態のプラズマ処理装置は従来のプラズマ源のそれらと比較してターゲット部材の下側に高い密度のプラズマを作ることができる。それは均一な成膜速度とターゲット部材の均一なエロージョン速度でウェハ上の金属の膜のスパッタ堆積を容易化できる。さらに、それは、上部電極１と下部電極２のそれぞれに与えられる高周波電力を制御することによってプラズマ密度（あるいはイオン束）と、ウェハ表面上に衝突するイオンのエネルギの独立した制御を容易にすることができる。
次に本発明の第２実施形態が図３に基づいて説明される。この実施形態は第１実施形態の拡張である。第２実施形態における上部電極１は高周波電源１６からの高周波電力に加えて直流電源２５からの直流バイアス電圧を供給される。この直流電力は高周波カットオフフィルタ２６を経由して供給され、このカットオフフィルタは高周波電源１６からの高周波電流から直流電源２５を保護する。この付加された構造を除いて、すべての他の構成は第１実施形態で説明されたものと同じである。第１実施形態で説明されたそれらと実質的に同じである図３に示された他の構成要素は、それぞれ、同じ参照番号が付されている。
【００３４】
第２実施形態において、プラズマによって作られる自己バイアス電圧よりも大きい負の直流電圧の応用はターゲット部材２のスパッタリング速度の増大をもたらす。これは結果的にウェハ１７の表面での成膜速度の増大をもたらす。
【００３５】
図４を参照して第３の実施形態が説明される。第３実施形態は同様にまた第１実施形態の拡張である。この実施形態における上部電極１は整合回路２８を介して第２の高周波電源２７から他の高周波電流が供給される。上部電極１に対する第２の高周波電流の印加に伴い２つの高周波フィルタ２９，３０が電気回路に付加される。高周波フィルタ２９は高周波電源１６から到来する高周波電流をカットオフし、高周波フィルタ３０は高周波電源２７から到来する高周波電流をカットオフする。この変形を除いて、すべての他の構成要素は第１実施形態で説明されたそれらと同じである。
【００３６】
第２の高周波電源２７の周波数は基本の高周波電源１６よりも低くなっており、好ましくは０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲に存在する。第２の高周波電源２７からのより低い高周波の交流電流の印加はターゲット部材上での自己バイアス電圧の増大をもたらす。このことは、ターゲット部材２のより高いスパッタ速度の原因となり、それによってウェハの表面により高い成膜速度をもたらす。
【００３７】
図５に従って第４実施形態が説明される。この実施形態は同様にまた上記の実施形態の拡張である。すなわち、第４実施形態のハードウェア的な構成はマグネットの配列を除いて各実施形態のそれと同じである。マグネット配列のみが変更されているので、マグネット配列のみが図５に示される。図５は複数のマグネットとシート７の側面図を示している。
【００３８】
各マグネット６の高さを除いてマグネットの他の寸法、マグネットの強さ、マグネット間の間隔は、第１実施形態で説明されたそれらと同じである。マグネット６の高さは径方向に変化させている。例えば、マグネット６の高さはシート７の中心に向かってあるいはターゲット部材２に向かって図５に示されるごとくより短くなる。他の方法としてマグネット６の高さを変えることもできる。例えば、マグネットの高さはシート７の外縁に向かって短くしてもよい。マグネットの高さの変化の基準は次の通りである。
【００３９】
第１実施形態において説明されたように磁界２４が存在するとき、プラズマ密度は増加し、プラズマは磁界２４の領域の中に閉じ込められるようになる。プラズマ密度の増加と閉じ込めの強さが磁界の強さに依存して変化する。それ故に、マグネットの高さを変化させることによって、ターゲット部材２の下側の磁界の強さは変化させられ、それによってプラズマ密度とプラズマ閉じ込めは変化させられる。すなわち、マグネットの高さはターゲット部材の近傍におけるプラズマ密度のパラメータを制御するものとして扱うことができる。ウェハプロセスの形式、与えられる電力、採用される圧力に依存して、ウェハ表面で均一な成膜を得るためにターゲット部材２の近傍でプラズマ密度の径方向の外形（プロファイル）を変化させることは重要である。これらの状況において、マグネットの高さはウェハ上で均一な膜を得るため、上述されたごとく適当に変化させられる。
【００４０】
同様に、磁界の異なる強さを持つマグネットを選択することによって、それらを径方向に対照的パターンで配列することによってターゲット部材２の下側で磁界２４の強さを変化させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 上部電極
２ ターゲットプレート
３ 下部電極
６ マグネット
１７ ウェハ
２１ 円筒形側壁
２１ｂ 底板
２３ ウェハホルダ
５０ 反応容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置に関し、特に、半導体産業において集積回路の製造工程の間に金属あるいは誘電体物質のスパッタ処理に有用な高周波（ＨＦまたはＶＨＦ）電極でのプラズマイオン密度とイオンエネルギを独立に制御できる改善されたプラズマ源を有するプラズマ支援スパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
径方向に高い均一性を有する大面積高密度プラズマ源は、大面積基板を、当該基板の表面に組み付けられているデバイスに電荷誘導ダメージを与えることなく処理することが高く要求されている。特に、堆積膜の高い均一性を備える、金属と誘電体物質のスパッタ処理のための新しいプラズマ源の開発が重要である。従来のプラズマ源において上記特性を得ることの困難性が、図６〜図９に示されるごとく、２つの従来の構成を用いて説明され、これらの従来の構成は通常２００ミリウェハまたは平板パネルのプラズマ処理装置において適用される。
【０００３】
図６は、半導体産業におけるスパッタ成膜応用のために用いる簡略化された従来のマグネトロン型プラズマ源を示す。反応容器１０１は、非磁性金属で作られた上部電極１０２、円筒形側壁１０３、そして下部電極１０４から成っている。上部電極１０２は反応容器１０１の天井板を形成し、下部電極１０４は反応容器１０１の底板１０５の上に設けられている。上部電極１０２と下部電極１０４は、反応容器１０１の少なくとも一部にわたって互いに平行である。側壁１０３と底板１０５は、例えばステンレスのような金属で作られている。側壁１０３と底板１０５は接地されている。側壁１０３の上側部分は、反応容器の外側に室を作るため、上方に延びている。側壁１０３は誘電体リング１０６を有している。スパッタされる必要のある物質で作られたターゲットプレート１０７は上部電極１０２の下面に固定されている。通常、ターゲットプレート１０７は上部電極１０２に比較してわずかにより小さい寸法を有している。上部電極１０２とターゲットプレート１０７の合成された構造は、反応容器１０１の残りの部分から電気的に絶縁するため、誘電体リング１０６の上に置かれている。上部電極１０２の上面上に円形およびリング形状をした２つのマグネット１０８Ａ，１０８Ｂが図６と図７に示されるように同心円的位置関係にて配置されている。２つのマグネット１０８Ａ，１０８Ｂは上部電極１０２に固定され、２つのマグネット１０８Ａと１０８Ｂの上に磁路として用いられるプレート１２１が配置される。中央のマグネット１０８Ａは円柱形の形状を有し、図７に示されるごとくいかなるキャビティ（空洞）も持たない。外側のマグネット１０８Ｂはリング形状を有している。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂの各々の高さと幅は重要なことではなく、反応容器１０１の他の寸法に従って選択される。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂは、反応容器１０１の内側に向かって反対の極性を有するように上部電極１０２の上に配置される。マグネット１０８Ａ，１０８Ｂの配列は、これらの２つのマグネットの間に曲線的な磁界１０９を生成する。
【０００４】
上部電極１０２は整合回路１１１を介して０．１ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲の周波数で動作する高周波電源１１０に接続されている。高周波電源１１０の周波数は通常１３．５６ＭＨｚである。高周波電源が上部電極１０２に電力を供給するとき、プラズマは容量結合型機構によって生成される。いったんプラズマが作られると、プラズマ内の電子は曲線の磁界の中に閉じ込められ、このことがその領域におけるプラズマ密度の増加をもたらす。
【０００５】
基板１１２は下部電極１０４の上に配置され、この下部電極は絶縁物質１１３を介して底板１０５から電気的に絶縁されている。下部電極１０４は高周波電源から高周波電力を与えられてもよいし、与えられなくてもよい。もし高周波電力が高周波電源１１４によって整合回路１１５を介して下部電極１０４に与えられるのであるならば、図６に示すように、高周波電源の周波数は通常０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲に存在する。高周波電流が下部電極１０４に与えられるとき、それは負にバイアスされ、そのため基板１１２の表面の上にイオン衝突を起こす原因となる。イオン衝突は基板１１２に堆積された膜の上をエッチング処理する原因になるけれども、下部電極１０４の自己バイアス電圧は、膜堆積速度が基板１１２上の膜エッチング速度を超えるように、制御される。
【０００６】
図８に示された他の従来のマグネトロン型のスパッタ源は、図６で与えられた前述のプラズマ源のわずかな改良である。ここで、中央のマグネット１０８Ａは上部電極１０２の下側で非対称の磁界１０９を形成するために偏芯(off-axis)のモードで配置されている。このマグネット配列の平面図が図９に示されている。このマグネットの構成は上部電極１０２の中心軸（図において点線１１６として示されている）の周りに回転させされる。図８と図９に示されたマグネット１０８Ａ，１０８Ｂによって形成されるマグネットの配列は非対称に回転する。
【０００７】
また、従来の磁石を用いたプラズマ処理装置の例は、他にも特許文献１〜４に示すようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１５６３７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１３３３７０号公報
【特許文献３】特開平１０−０２１５９１号公報
【特許文献４】特開平０３−２４０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に示された平行平板型プラズマ反応容器は、平行電極間の大面積プラズマ、プラズマの容易な発火、そして下部電極表面におけるプラズマイオンエネルギ制御可能性、といういくつかの利点を有している。図６において与えられたマグネット配列を用いれば、上部電極１０２の下側にドーナツ形状の曲げられた磁界が生成される。いったんプラズマが発火されると、ドーナツの形状をしたより高い密度のプラズマが電子の磁界による閉じ込めの作用によって上部電極１０２の下側に形成される。このより高い密度のプラズマは主にマグネット１０８Ａ，１０８Ｂの磁極の間の領域内に閉じ込められるので、マグネットの磁極の近傍においては低いプラズマ密度が存在する。
【００１０】
さらに、磁界の強さは磁極の方向に向かって増大する。これは電子のミラー反射の原因となり、当該ミラー反射はマグネット１０８Ａ，１０８Ｂの磁極において低い電子密度をもたらす原因となる。電子密度が低いとき、イオン密度は、同様にまた、イオンが電子によって生成された静電界によってプラズマの中でトラップされるので、低くなる。
【００１１】
上述したように２つの理由のため、磁極でのイオンの流れはより小さくなり、低いスパッタリング速度という結果をもたらす。しかしながら、マグネット１０８Ａと，１０８Ｂの各磁極の間にドーナツの形状で高密度プラズマが存在するので、２つのマグネットの間の領域に対応するターゲットプレート１０７の面は強くスパッタされることになる。これらのスパッタされた原子の一部はガス分子による散乱が原因でもとの方向へ反射され、そしてターゲットプレート１０７の上に再び堆積する。磁極に対応するターゲットプレート表面の場所でスパッタ速度が相対的により小さいので、これらの場所におけるスパッタされた原子の堆積が支配的となる。しかしながら、再度堆積した膜は低い密度を有し、ターゲットプレート１０７の上に緩くくっつき、こうしてそれは容易にパーティクルとして離れる。さらに、ドーナツ形状をした領域のみのエッチングが原因で、ターゲットの利用効率が非常に減少する。
【００１２】
ターゲットプレート１０７上のスパッタされた物質の再堆積を避けるため、図８に示されるように、マグネット１０８Ａ，１０８Ｂは非対称に配置され、そして上部電極の中心軸１１６の周りに回転させられる。磁極に対応する場所にスパッタ物質の再堆積があるとしたとしても、再堆積した膜はすぐにマグネットの回転が原因でプラズマの中にスパッタされて戻される。従って、プラズマにおけるパーティクルの源は除去される。
【００１３】
しかしながら、図８に与えられた構成で生成されるプラズマは径方向に不均一である。このことが基板１１２の表面の上に不均一なイオンの流れをもたらす原因となる。これは、特に、もし基板１１２が下部電極１０４に対し高周波電力を与えることによって負にバイアスされているならば、基板表面の上に作られた局所的電荷増大の原因となり、それは基板１０７の上でのサブミクロン大の素子の電気的ブレークダウンという結果をついにはもたらす。
【００１４】
本発明の目的は、ウェハまたは基板の表面におけるより高いイオンの濃度とより高いイオンの束(flux)の均一性を備え、そしてターゲット部材へのスパッタされた物質の戻りによる再堆積を生じない、スパッタ成膜応用のための磁気的に強められた容量結合型のプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の構成は、ターゲット部材下側に、磁気的に強められた容量結合型のプラズマを維持する。マグネットはターゲット部材の下側に多く(cluster：集団)のポイントカスプ磁界（磁場）を生成するために設けられ、それ故、ターゲット部材の近傍においてより高い磁界強度が存在し、それがより高いプラズマ密度を結果的にもたらす。ウェハが配置される下部電極に向かって磁界が急速に弱くなるため、ウェハは磁界がない環境にある。このことはウェハに負のバイアス電圧を与える目的で下部電極に対して高周波電力を与えることが容易となる。さらに、マグネット配列の回転のために、ターゲット上でスパッタされた原子が再堆積するのを防止され、そしてターゲットのエロージョンの形状がほとんど均一となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるプラズマ処理装置は所定の配列を有する複数のマグネットを用いることで多くのポイントカスプ磁界を作ることによってターゲット部材の下側に高密度プラズマを作ることができる。上部電極と下部電極の各々に与えられる高周波電力を制御することによってプラズマ密度（あるいはイオン束）とウェハ表面に衝突するイオンエネルギの独立な制御を容易に行うことができる。本発明は、基板表面でのより高いイオン濃度、より高いイオン束の均一性で、かつターゲット部材に戻るスパッタ物質の再堆積を生じさせないことで、スパッタ成膜応用のための磁気的に強められた容量結合型のプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】容量結合型の電極、ターゲット部材、そしてマグネット配列を示す第１実施形態の断面図である。
【図２】第１実施形態で用いられたマグネット配列を示す。
【図３】第２実施形態の縦断面図である。
【図４】第４実施形態の縦断面図である。
【図５】第４実施形態におけるシートとマグネットの側面図である。
【図６】プラズマ処理のために用いられる第１の従来のプラズマ源を示す概略図である。
【図７】図６で示された上部電極の上面図である。
【図８】プラズマ処理のために用いられた第２の従来のプラズマ源を示す概略図である。
【図９】図８で示された上部電極の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、好ましい実施形態が添付された図面に従って説明される。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【００１９】
実施形態のプラズマ処理装置のために用いられるプラズマ源の図を示している。図１はプラズマ処理装置の断面図を示し、図２はマグネット配列を示す。
【００２０】
上記のプラズマ処理装置において、反応容器５０は、上部電極１、ターゲット部材２、下部電極３、円筒形側壁２１、天井板（トッププレート）２２ａ、底板（ボトムプレート）２２ｂ、そしてウェハホルダ２３から構成されている。ターゲット部材２は上部電極１の面に設けられている。複数のマグネット６はターゲット部材２の上面の上側であって上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ（空洞）１３に設けられている。さらに、反応容器５０はガス導入部４と真空排気部５を有している。この真空排気部５は真空ポンプ（図示されず）に接続されている。
【００２１】
上部電極１は例えばＡｌ（アルミニウム）のような金属で作られており、誘電体物質、例えばセラミックで作られたリング１４ａの上に配置されている。上部電極１は円形の形状を有している。上部電極１１の寸法は重要なことではなく、処理されるべき基板の大きさに依存している。円筒形側壁２１、天井板２２ａ、そして底板２２ｂは金属で作られており、電気的に接地されている。
【００２２】
ターゲット部材２は例えば銅のような金属で作られており、スパッタされる必要があり、ウェハ１７の表面に堆積される。このウェハ１７はウェハホルダ２３に設けられた下部電極３の上に搭載される。ターゲット部材２は上部電極１に対して例えばボルトまたは拡散接合によって強く固定されている。上部電極１とターゲット部材２の形状は上部電極１とターゲット部材２の間にキャビティ１３が存在するように設計されている。上部電極とターゲット部材の直径は重要な事項ではなく、ウェハ１７の直径に依存して選択される。例えば、もしウェハの直径が２００ｍｍであるならば、ターゲットの直径は２００ｍｍから３５０ｍｍの範囲に存在する。マグネット６の下側のターゲット部材２の厚みは同様にまた重要な事項ではなく、通常、およそ１５ｍｍ程度である。
【００２３】
上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ１３内にあるマグネット６の配列は図２に示されている。複数のマグネット６は円形シート７に固定されている。マグネット６はお互いに等しい距離で配列され、交互に替わる極性を有している。いかなる２つの隣り合うマグネット６の間の間隔は重要な事項ではなく、１０ｍｍから５０ｍｍの範囲において変わり得る。各マグネットの寸法は同じである。マグネット６の断面形状は四角形状あるいは円形状である。もし断面の形状が円の形状であるならば、その直径は５ｍｍから４０ｍｍの範囲において変わり得る。もし断面の形状が四角の形状であるならば、同等の寸法が採用される。マグネット６の高さは重要な事項ではなく、５ｍｍから３０ｍｍの範囲にすることができる。さらに、マグネット６の磁界２４の強さは同様にまた重要な事項ではない。通常、マグネット６の強さは、ターゲット部材２の下面でおよそ１００ガウスから６００ガウスの強さの磁界を生成するように選択される。
【００２４】
先に説明されたようにターゲット部材２の上にマグネット６が配列されるとき、いずれの磁極から出る磁界ライン２４はすぐに最も近い反対の極性を有する磁極に向かって曲がる。それ故に、このマグネット配列は多くのポイントカスプ磁界を作り出す。マグネット６はお互いに接近するように配列されているので、磁界ライン２４はマグネット６から短い距離で曲がる。それ故、このマグネット配列は、ターゲット部材２の内側領域の近傍で強い磁界２４を作り、下部電極３に向かって非常に急速に衰える。従って、ターゲット部材２と下部電極３の間の適当な距離を維持することによって、下部電極３の表面で磁界に拘束されない環境を得ることができる。
【００２５】
各マグネット６の１つの磁極はシート７に取り付けられ、このシートは好ましくは金属で作られている。各マグネット６の他の磁極はプラズマ処理反応容器５０の内部に対向している。マグネット６が取り付けられたシート７は上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティ１３内であって、ベアリング８の支持部を備えて固定されている。シート７は上部電極の１の中心軸の周りに回転させることができる。さらに、マグネット６の下面とターゲット部材の上面との間に小さい間隔、好ましくは、およそ１ｍｍの間隔を持つように設けられている。複数のマグネット６を備えたシート７を回転させるために、シート７の上面は適当なギヤ装置１０ａ，１０ｂを介してモータ９につながっている。シート７の上面におけるギヤ装置１０ａ，１０ｂは絶縁物質で作られたロッド１１によって接続されている。このことはモータ９とマグネット６に高周波電流が流れるのを取り除くために重要なことである。絶縁物質で作られたロッド１１は上部電極１に形成された小さな孔１２を通過させられる。上部電極１に作られた小さな孔１２の直径はできるだけ小さいものとされ、これは上部電極１とターゲット部材２の間のキャビティに高周波電流が通電するのを防止するためである。シート７を含むマグネット配列は予め定められた周波数、通常およそ５〜１０Ｈｚで回転させられる。モータ９は好ましくは反応容器５０の側壁２１の外側に配置され、ＤＣまたはＡＣ電流によって動作させられる。先に説明されたようにマグネット配列は回転させられるのであるが、当該マグネット配列を回転させるためには異なる他の技術を用いることもでき、例えば小さな孔１２を用いることを省略できる或る種の磁気結合を用いることができる。
【００２６】
上部電極１、ターゲット部材２、そしてマグネット配列から成る合成構造は誘電体リング１４Ａ，１４Ｂを配置することによって反応容器５０の他の部分から電気的に絶縁されている。上部電極１は整合回路１５を介して高周波電源１６に接続されている。高周波電源１６の周波数は、重要な事項ではなく、１０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲に存在させることができる。
【００２７】
下部電極３は整合回路１９を介して高周波電源１８に接続される。下部電極３は高周波電源１８から高周波電力を与えられる。高周波電源１８の周波数は、重要な事項ではなく、０．１ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲において変えることができる。高周波電源１８は省略することもできる。下部電極３に高周波電力が与えられないのであるならば、下部電極３の電気的状態は浮遊状態であるかまたは接地状態である。下部電極３の正確な電気的な状態は各ウェハの処理技術によって決定される。
【００２８】
図１に示されるようにプラズマ処理反容器５０のガス導入装置が存在する。複数のガス入り口４を備えた円形管２０は側壁２１の内面に固定されている。しかしながら、反応容器５０の中にプロセスガスを導入する異なる技術を採用することもできる。
【００２９】
高周波電源１６から上部電極１に対して高周波電力が適用されるとき、ターゲット部材２の下面へ高周波電流が流れ、そして容量結合型機構によってプラズマを生成する。ターゲット部材２の近傍における磁界２４のため、プラズマ中の電子はサイクロトロン回転を行い、ターゲット部材２に接近させて閉じ込める。このことは、プラズマ密度の増加という結果をもたらす。マグネット６はターゲット部材２の下面を通して複数の曲げられた磁界２４を作るように設けられているので、高密度プラズマは、曲げられた磁界ライン２４の各組の中に生成される。設けられたマグネット６の数に依存して、局所的な高密度プラズマサイトの数は変化する。多くの互いに接近するマグネット６を調整することによって、高密度プラズマの生成サイトの総数は増加させることができる。それ故にターゲット部材２の下側の平均的プラズマ密度は従来技術の欄で説明された従来のプラズマ源のそれらに比較して非常に増加させることができる。
【００３０】
プラズマの生成で、ターゲット部材は負にバイアスされ、それはターゲット部材２の表面面積が、プラズマが接触している接地された表面の面積よりも小さくなるからである。この負の自己バイアス電圧が原因で、プラズマ中のイオンはターゲット部材２に向かって加速し、エネルギを得てターゲット２の上に衝突する。これはターゲット部材２をスパッタし、スパッタされものがプラズマに向かう。ターゲット部材２からのスパッタされた原子の一部はプラズマを通り抜けて通過し、ウェハ１７の表面に堆積する。スパッタされた原子の他の一部はターゲット部材２に再び堆積し、これはガス状態におけるスキャッタリング（散乱）によるものである。残りのスパッタされた原子はプラズマに晒された円筒形側壁２１、そして他の表面の上に堆積する。
【００３１】
いったんプラズマがターゲット部材２の下側に生成されると、ターゲット部材２の近傍の電子とイオンはＥ×Ｂによって駆動される。ここで、ＥとＢはそれぞれターゲット表面での直流電界と磁界である。しかしながら、このプラズマのＥ×Ｂドリフトは、マグネット６の間隔によって定義されるより小さい領域に局所的に存在させられる。何故なら、マグネット６は隣り合うマグネットのＥ×Ｂドリフトをなくさせるように設けられている。それ故にこのマグネット配列はターゲット部材２の下側数ｃｍの所で拡散プロセスによってほとんど径方向に均一なプラズマを作る。さらにマグネット６の回転のため、ターゲット部材２の上で再堆積サイトは全く存在しない。このことは、同様にまた、ターゲット部材２のほとんど均一なエロージョンの原因となり、これはターゲットの利用効率の増大という結果をもたらす。
【００３２】
先に説明されたように下部電極の表面では全く磁界は存在しない。それ故に、高周波電源１８から供給される高周波電力はウェハ表面上のプラズマ均一性を乱すことなく下部電極３に与えられる。もしウェハの表面で磁界が存在するならば、プラズマはＥ×Ｂドリフトのため反応容器５０の他の側に向かって移動し、ここでＥとＢはそれぞれウェハ表面における直流電界と磁界の強さである。下部電極に対して適当な高周波電力を与えることによってその自己バイアス電圧は変化させられ、それによってウェハの表面に衝突するイオンのエネルギは変化させられる。
【００３３】
第１実施形態のプラズマ処理装置は従来のプラズマ源のそれらと比較してターゲット部材の下側に高い密度のプラズマを作ることができる。それは均一な成膜速度とターゲット部材の均一なエロージョン速度でウェハ上の金属の膜のスパッタ堆積を容易化できる。さらに、それは、上部電極１と下部電極２のそれぞれに与えられる高周波電力を制御することによってプラズマ密度（あるいはイオン束）と、ウェハ表面上に衝突するイオンのエネルギの独立した制御を容易にすることができる。
次に本発明の第２実施形態が図３に基づいて説明される。この実施形態は第１実施形態の拡張である。第２実施形態における上部電極１は高周波電源１６からの高周波電力に加えて直流電源２５からの直流バイアス電圧を供給される。この直流電力は高周波カットオフフィルタ２６を経由して供給され、このカットオフフィルタは高周波電源１６からの高周波電流から直流電源２５を保護する。この付加された構造を除いて、すべての他の構成は第１実施形態で説明されたものと同じである。第１実施形態で説明されたそれらと実質的に同じである図３に示された他の構成要素は、それぞれ、同じ参照番号が付されている。
【００３４】
第２実施形態において、プラズマによって作られる自己バイアス電圧よりも大きい負の直流電圧の応用はターゲット部材２のスパッタリング速度の増大をもたらす。これは結果的にウェハ１７の表面での成膜速度の増大をもたらす。
【００３５】
図４を参照して第３の実施形態が説明される。第３実施形態は同様にまた第１実施形態の拡張である。この実施形態における上部電極１は整合回路２８を介して第２の高周波電源２７から他の高周波電流が供給される。上部電極１に対する第２の高周波電流の印加に伴い２つの高周波フィルタ２９，３０が電気回路に付加される。高周波フィルタ２９は高周波電源１６から到来する高周波電流をカットオフし、高周波フィルタ３０は高周波電源２７から到来する高周波電流をカットオフする。この変形を除いて、すべての他の構成要素は第１実施形態で説明されたそれらと同じである。
【００３６】
第２の高周波電源２７の周波数は基本の高周波電源１６よりも低くなっており、好ましくは０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲に存在する。第２の高周波電源２７からのより低い高周波の交流電流の印加はターゲット部材上での自己バイアス電圧の増大をもたらす。このことは、ターゲット部材２のより高いスパッタ速度の原因となり、それによってウェハの表面により高い成膜速度をもたらす。
【００３７】
図５に従って第４実施形態が説明される。この実施形態は同様にまた上記の実施形態の拡張である。すなわち、第４実施形態のハードウェア的な構成はマグネットの配列を除いて各実施形態のそれと同じである。マグネット配列のみが変更されているので、マグネット配列のみが図５に示される。図５は複数のマグネットとシート７の側面図を示している。
【００３８】
各マグネット６の高さを除いてマグネットの他の寸法、マグネットの強さ、マグネット間の間隔は、第１実施形態で説明されたそれらと同じである。マグネット６の高さは径方向に変化させている。例えば、マグネット６の高さはシート７の中心に向かってあるいはターゲット部材２に向かって図５に示されるごとくより短くなる。他の方法としてマグネット６の高さを変えることもできる。例えば、マグネットの高さはシート７の外縁に向かって短くしてもよい。マグネットの高さの変化の基準は次の通りである。
【００３９】
第１実施形態において説明されたように磁界２４が存在するとき、プラズマ密度は増加し、プラズマは磁界２４の領域の中に閉じ込められるようになる。プラズマ密度の増加と閉じ込めの強さが磁界の強さに依存して変化する。それ故に、マグネットの高さを変化させることによって、ターゲット部材２の下側の磁界の強さは変化させられ、それによってプラズマ密度とプラズマ閉じ込めは変化させられる。すなわち、マグネットの高さはターゲット部材の近傍におけるプラズマ密度のパラメータを制御するものとして扱うことができる。ウェハプロセスの形式、与えられる電力、採用される圧力に依存して、ウェハ表面で均一な成膜を得るためにターゲット部材２の近傍でプラズマ密度の径方向の外形（プロファイル）を変化させることは重要である。これらの状況において、マグネットの高さはウェハ上で均一な膜を得るため、上述されたごとく適当に変化させられる。
【００４０】
同様に、磁界の異なる強さを持つマグネットを選択することによって、それらを径方向に対照的パターンで配列することによってターゲット部材２の下側で磁界２４の強さを変化させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 上部電極
２ ターゲットプレート
３ 下部電極
６ マグネット
１７ ウェハ
２１ 円筒形側壁
２１ｂ 底板
２３ ウェハホルダ
５０ 反応容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入部と真空排気部を備える反応容器と、
前記反応容器に設けられ、ターゲット部材を取付可能な上部電極と、
前記ターゲット部材の上方に設けられ、２つの間の等しい距離と交互に異なる極性を有するように縦横に配列され、前記ターゲット部材の下側に磁場を形成するための複数のマグネットと、
前記反応容器にて前記上部電極の対向位置に設けられ、処理されるべきウェハが搭載される下部電極と、
整合部を介して前記上部電極に接続され１０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲における周波数で動作する高周波電源と、を備えることを特徴とするスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のマグネットは前記上部電極の中心軸の周りに回転機構によって回転させられることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記回転機構はモータ、このモータに接続される第１のギヤ装置、前記マグネットを備えたシートに設けられる第２のギヤ装置、前記第１と第２のギヤ装置を接続する絶縁物で作られたロッドを備えることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記上部電極は高周波カットオフフィルタを介して直流電源に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記上部電極は整合部を介して第２の高周波電源に接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項１】
ガス導入部と真空排気部を備える反応容器と、
前記反応容器に設けられ、ターゲット部材を取付可能な上部電極と、
前記ターゲット部材の上方に設けられ、２つの間の等しい距離と交互に異なる極性を有するように縦横に配列され、前記ターゲット部材の下側に磁場を形成するための複数のマグネットと、
前記反応容器にて前記上部電極の対向位置に設けられ、処理されるべきウェハが搭載される下部電極と、
整合部を介して前記上部電極に接続され１０ＭＨｚから３００ＭＨｚの範囲における周波数で動作する高周波電源と、を備えることを特徴とするスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のマグネットは前記上部電極の中心軸の周りに回転機構によって回転させられることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記回転機構はモータ、このモータに接続される第１のギヤ装置、前記マグネットを備えたシートに設けられる第２のギヤ装置、前記第１と第２のギヤ装置を接続する絶縁物で作られたロッドを備えることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記上部電極は高周波カットオフフィルタを介して直流電源に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記上部電極は整合部を介して第２の高周波電源に接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１７０８８（Ｐ２０１１−１７０８８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５１１２（Ｐ２０１０−２１５１１２）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２００１−１６７１６３（Ｐ２００１−１６７１６３）の分割
【原出願日】平成１３年６月１日（２００１．６．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【分割の表示】特願２００１−１６７１６３（Ｐ２００１−１６７１６３）の分割
【原出願日】平成１３年６月１日（２００１．６．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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