プラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法
【課題】全体のｒｆ電極表面の下にほぼ均一な磁束分布パターンを生成し均一なウェハー処理速度を実現できるプラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】このプラズマ処理方法は、下部電極２上に搭載されたウェハー２３の表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、下部電極に対向する上部電極１の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネット６を、その周縁領域に広がる方向に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界７を作り、このポイントカスプ磁界７に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーを処理する。
【解決手段】このプラズマ処理方法は、下部電極２上に搭載されたウェハー２３の表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、下部電極に対向する上部電極１の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネット６を、その周縁領域に広がる方向に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界７を作り、このポイントカスプ磁界７に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーを処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板あるいは他の基板の上に半導体デバイスの製造するプロセスに使用され、プロセスの均一性を改善できるプラズマ処理方法、および半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ支援ウェハー処理の方法は、通常、集積回路と呼ばれる半導体デバイスの製造において、十分に確立したプロセスである。従来、例えば、エッチング、スパッタ堆積、化学的気相堆積など多くの異なるプラズマ支援プロセスがある。これらのプロセスのすべてはエッチング速度あるいはウェハー表面上の堆積速度のごように均一な処理速度を作るように実行されなければならない。もしウェハー表面上で不均一な処理速度が生じたとすると、多くの欠陥のある半導体デバイスが作られる。
【０００３】
磁気強化された容量結合型プラズマは、それらのより高いｒｆ電力（高周波電力）の利用効率のため、ウェハー製造プロセスにおいて広く応用されている。しかしながら、磁気的強化された容量結合型プラズマの大部分は、ウェハーの全表面に渡って不均一なプラズマを作り出す。これは、プラズマ中の電子とイオンがＥ×Ｂドリフトを受けるからであり、ここでＥとＢはそれぞれｒｆ電極表面上のＤＣ（直流）の電界と磁界の強さである。このＥ×Ｂドリフトのために、プラズマは反応容器の一方の側に向かって移動する。さらに、磁気的強化プラズマの大部分においてｒｆ電極に与えられた磁界はウェハー表面に至るまで延びる。このことは、磁界がウェハーホルダに与えられる他のｒｆ電極の応用を禁じるので、他の重大な問題となる。この理由は、再び、プラズマがＥ×Ｂドリフトによって反応容器の一方の側に移動されるということである。プラズマの一方の側への移動はウェハーの表面上全体に渡って不均一なプラズマを作り出す。従って磁気的強化プラズマの大部分の応用は制限を受けることになる。
【０００４】
前述した問題に関する解決として上記電極の下側にポイントカスプ磁界を作り出す複数のマグネットを備えたｒｆ電極が提案された。ポイントカスプ磁界はｒｆ電極の近傍に制限される。マグネットの構成すなわち配列はｒｆ電極の表面上に強い磁界を作り、ウェハーの表面上に磁界のない環境を作り出す。この磁界は電子およびイオンのＥ×Ｂドリフトによって反応容器の一方の側に向かってプラズマの移動を起こされることはない。その理由は、Ｅ×Ｂドリフトは局地的な領域に制限され、隣のドリフトのどれも反対の方向に向いているということである。それ故に、Ｅ×Ｂドリフトはｒｆ電極の表面の大きな面積領域に渡って広がらない。
【０００５】
しかしながら、所定のマグネット配列に基づくポイントカスプ磁界を有する前述のｒｆ電極は、同様にまた、或る環境の下でウェハーの表面に渡って不均一なプラズマを作ることができる。この状態は、図８〜図１０を参照して詳細に説明される。
【０００６】
図８は、従来のプラズマ処理装置の断面図を示す。この装置は反応容器１００とその中にあるウェハーホルダ２０１を有している。ウェハーホルダ２０１は底壁１１５の上に配置されている。ウェハーホルダ２１０はｒｆ下部電極１０２と絶縁体１０４から成る。ｒｆ下部電極１０２は絶縁体１０４の上面に配置されている。下部電極１０２は電気的に反応容器１００から絶縁されている。ウェハー１３０は下部電極１０２の上に搭載されている。
【０００７】
さらに、反応容器１００はウェハーホルダ２０１の上方に上部電極１０１を有する。上部電極１０１は円板状の形状を有し、さらに反応容器１００の内面に固定されたリング形状の絶縁体１０３によって支持されている。この構造は上部電極１０１を反応容器１００の残りの部分から電気的に絶縁させる。複数のマグネット１０６は上部電極１０１の上面の上に配置されている。多くのマグネット１０６は当該上面の上の円形領域の中に配置されてる。マグネット１０６は上面に垂直な線に沿って直交する形態にて配置され、そのため、反応容器１００の内部に向かうマグネット１０６の各々の極性は直線（辺の部分）上で隣り合うマグネット１０６のそれと反対であり、そして対角線上で隣り合うマグネットのそれと同じである。これらのマグネットは上部電極１０１の内側面の近くに閉じた磁束１０７を有する磁界を生成する。上部電極１０１の上面側および下面側には閉じた磁束１０７が多く存在する。
【０００８】
上部電極１０１はｒｆ電力源１１３から整合回路１０８を経由してｒｆ電流を与えられる。このｒｆ電流の周波数は通常１０〜１５０ＭＨｚの範囲の中にある。さらに下部電極１０２はｒｆ電力源１１２から整合回路１１１を経由してｒｆ電流を与えられてもよいし、与えられなくてもよい。もしｒｆ電流が下部電極１０２に与えられるという場合には、ｒｆ電流の周波数は通常２０ＭＨｚ以下にある。
【０００９】
プロセスガスが複数の導入口１０９を通して反応容器１００内に供給され、反応容器１００はガス導出口１１０を介して排気されている。適当な低い圧力、例えば１〜２０Ｐａの低圧力の下でｒｆ電流が上部電極１０１に与えられるとき、容量結合機構によってプラズマが生成される。この生成されたプラズマは、そのとき、閉じた磁束１０７によって閉じ込められることを余儀なくされる。
【００１０】
さらに、反応容器１００は天井壁１１４と円筒形の側壁１０５を備えている。反応容器は気密な構造を有するように作られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した反応容器１００の構成に関連する問題を次に説明する。上で説明したマグネット配列は上部電極１０１の下面上に多くの数のポイントカスプ磁界１０７を作り出す。磁気的な配列は、その縁の部分を除いて、上部電極１０１の上面上で均一である。各マグネット１０６は、反対の極性の４つのマグネットと同じ極性の４つのマグネットとによって囲まれている。それ故に、上部電極１０１の中での磁界の分布パターンはその縁の近傍における部分を除いて均一である。さらに、各マグネットに関して反対の極性を有する４つのマグネットが存在するので、磁束１０７は反応容器１００の中に深く侵入せず、その代わりに、短い距離内で曲がり、異なる極性を有する磁極の方向に向かう。従って、上部電極１０１の下面で強い磁界が存在し、下部電極１０２に向う磁界の強さは急速に減衰する。このような条件は、ウェハー１３０の表面の近くの領域において磁界のない環境を作り出す。
【００１２】
磁界の均一な分布パターンは上部電極１０１の縁の所で終わる。最も外側のマグネットは非常に接近した距離にて反対の極性を有した状態のたった２つまたは３つのマグネットを有している。上部プレート１０１の平面図において、マグネット配列を示す図９において示されるごとく、参照番号１２２，１２３，１２４，１２５によって示される線の上のマグネットは交互に変わる極性を有した状態で存在し、それらの各々は接近した距離にて反対の極性を有する３つのマグネットを持っている。それ故に、これらのマグネットの各々は閉じたループを形成する磁束を作る。他方、参照番号１１８，１１９，１２０，１２１によって示された線の上にあるマグネットは、反応容器１００の内部に向かう同じ極性を有している。これらのマグネットの各々は接近した距離にて反対の極性を有するたった２つのマグネットを持つ。それ故に、これらのマグネットから出た磁束は他のマグネット１０６のそれらに比較して反応容器１００の内部に深く延びる。なお、参照番号１１６はＹ軸を示し、１１７はＸ軸を示している。
【００１３】
プラズマが生成されるとき、上部電極１０１の近傍にある電子およびイオンはＥ×Ｂドリフトの下で動くことを余儀なくされる。バルクプラズマ（bulk plasma：容積状プラズマ）の中では、ＤＣ（直流）の電界は存在しない。それ故に、 バルクプラズマ内での電子は単純に磁束線に従って動く。ウェハーの表面上には全く磁界が存在しないので、ウェハーのちょうど上方に存在する電子は磁界による影響を受けない。
【００１４】
しかしながら、線１１８，１１９，１２０，１２１の上に位置するマグネットに関係する磁束は、下部電極１０２の方向に向かって延びる。電子は磁束に沿って移動するので、これらの場所に関連するプラズマ密度は増加することになる。すなわち、ウェハーの表面の全体に渡るプラズマ密度は不均一になる。結果として、ウェハー表面上の処理速度は同様にまた不均一となる。例えばドライエッチングの応用において、線１１８，１１９，１２０，１２１に対応する場所でのエッヂ速度は増加することになる。このことは図１０において図式的に示されている。図１０において、１２６，１２７，１２８，１２９によって示された領域はウェハー１３０の残りの部分に比較してより高いエッチング速度を持っている。実際的な応用において、直径３００ｍｍのウェハー全体でのエッチング速度の不均一性はおよそプラスマイナス１５％であるということが観察された。
【００１５】
現在のところ、ウェハー処理の大部分はウェハーの表面上で非常に良好な処理速度の均一性をもって行わなければならない。一般に、直径２００mmのウェハーあるいは直径３００mmのウェハーでの許容される不均一性はプラスマイナス５％よりも小さいことである。従って、前述したプラズマ源は大部分のウェハー処理に用いることができない。
【００１６】
本発明の目的は、全体のｒｆ電極表面の下にほとんど均一な磁束分布パターンを生成することによって均一な処理速度を実現することができるプラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によるプラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１８】
第１のプラズマ処理方法（請求項１に対応）は、下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に広がる方向に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーを処理する方法である。
【００１９】
第２のプラズマ処理方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、上部電極の周縁領域には上部電極を支持する絶縁部材を配置し、絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、絶縁部材に配置された複数のマグネットのマグネット配列は上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、絶縁部材に配置された複数のマグネットは上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作る。
【００２０】
第１の半導体デバイスの製造方法（請求項３に対応）は、プラズマ処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、当該プラズマ処理工程では、下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーをプラズマ処理する方法であって、下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーをプラズマ処理する方法が実施される。
【００２１】
第２の半導体デバイスの製造方法（請求項４に対応）は、上部電極の周縁領域には上部電極を支持する絶縁部材を配置し、絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、絶縁部材に配置された複数のマグネットのマグネット配列は上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、絶縁部材に配置された複数のマグネットは上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、容量結合型プラズマを利用してウェハーを処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法または半導体デバイスの製造方法であって、ｒｆ電極である上部電極に配置される複数のマグネットの配列をさらにその周縁領域に広がるように延長して配列するようにしたため、全体の上部電極の下側面の近くにほとんど均一な磁束分布パターンのポイントカスプ磁界を生成することができ、このポイントカスプ磁界によって均一な処理速度でウェハーを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、添付された図面に従って好ましい実施形態が説明される。実施形態のこの説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【００２４】
本発明の第１実施形態が図１および図２に従って説明される。図１は第１実施形態に係るマグネット配列を備えたプラズマ処理装置の断面図を示す。マグネット配列は、上部電極１の上に配置された多数のマグネット６を含む。マグネット６の各々は同じ形状および同じ磁気力を有する。図２は、上側または下側から見た上部電極１の上におけるマグネット配列のパターンを示す平面図である。図２において、多数の小さな円は各々のマグネット６の端面を示している。さらに、ＮおよびＳの文字は下側から見たマグネット６の磁気的極性を示している。マグネット６の下側の磁極は交互に反対となるように配列されている。図２においてＸ軸１６およびＹ軸１７が示されている。
【００２５】
この実施形態のプラズマ処理装置の基本的なハードウエアの構造は、磁気的配列の部分を除いて、従来技術で説明されたそれとほとんど同じである。
【００２６】
プラズマ処理装置は反応容器５０を有している。この反応容器５０は上部電極１、下部電極２、電気的に電極を反応容器５０の残りの部分から絶縁する絶縁部材（または絶縁体）３，４から構成されている。反応容器５０は、上部壁（天井壁）１４、円筒形側壁５、および底壁１５の部分から形成されている。上部電極１の周りに当該上部電極を支持するように配置された絶縁部材３は、通常、リング形状をしている。絶縁部材３として好ましくは誘電体リング板が用いられる。絶縁部材３は円筒形側壁５に固定されている。上部電極１は金属、通常はアルミニウムのごとき非磁性金属で作られている。上部電極１の下面は、例えばＳｉ（シリコン）のような異なる物質で作られた薄い板で囲まれていてもよいし、囲まれていなくてもよい。これはプラズマの中で、かつウェハーの表面上で所望の化学的反応を得るためである。図において当該薄い板の図示は省略されており、それ故に図示されていない。加えて、上部電極１は、上部電極１の中に形成された通路を通して冷却液を流すことによって冷却されることもできる。この通路は、図１において同様にまた示されていない。
【００２７】
上部電極１は、ｒｆ電力源１３から整合回路８を経由してｒｆ電流を与えられる。ｒｆ電流の周波数は重要なことではなく、好ましくは１０〜３００ＭＨｚの範囲の中に含まれる。プロセスガスは、複数のガス導入口９を通して、反応容器５０の中に供給される。反応容器５０は、円筒形側壁５に形成されたガス導出口１０を経由して排気される。図１に示されるごとく、プロセスガスの導入口９は反応容器５０の側壁５の周りに設けられている。しかしながら、反応容器５０の中にプロセスガスを供給する異なる機構を用いることもできる。例えば、プロセスガスは、上部電極１に作られたガス導入口を経由して供給することもできる。
【００２８】
複数のマグネット６は、上部電極１と絶縁部材（誘電体リング板）３の外側表面上に配置されている。絶縁部材３は、図１および図２に示されるごとく、上部電極１の周りに存在する。マグネット６は垂直線に沿って直交する形態において配置され、そのため、反応容器５０の内部に向かうマグネット６の各々の極性は直線上に隣り合うマグネットに対して反対となり、かつ対角線上に隣り合うマグネットとの間では同じになる。反対の極性を持つ２つの隣り合うマグネットの距離は重要な事項ではなく、５〜１００ｍｍの範囲で変えることができる。マグネットの高さも同様にまた重要なことではなく、通常は２ｍｍよりも大きくなっている。マグネット６の断面形状は四角または円形である。もし断面形状が円形であるならば、マグネット６の直径は３〜５０ｍｍの範囲にある。この値は重要な事項ではなく、上部電極１の厚みや反応容器の寸法を考慮することによって選択され得る。通常、すべてのマグネットは、それらの磁極において同じ磁界の強さを持つように同じ磁気的物質で作られている。磁極での各磁界の強さは重要なことではない。応用のタイプおよびウェハー（または基板）の大きさに依存して、磁界の強さの値は変化される。
【００２９】
一般にマグネット６から上部電極１の下面までの距離は上部電極１の厚みによって決定される。上部電極１の厚みは重要な事柄ではなく、通常、３ｍｍよりも大きい。しかしながら、上部電極の厚みの増大に伴って、上部電極１の下面での磁界の強さは弱められる。上部電極１の下面での磁界の強さが弱められることを避けるため、上部電極１に孔を形成し、図３に示されるごとく当該孔の中にマグネット６を配置することもできる。上部電極１にマグネットをセットするための当該構造はマグネットから上部電極１の下面までの距離を減少する。同様に、マグネット６は、図３に示されるごとく、絶縁部材３に形成された孔の中に配置することもできる。
【００３０】
適当な低い圧力、例えば１〜２０Ｐａの圧力の下で上部電極１にｒｆ電流を与えるとき、プラズマは容量結合型のメカニズムによって生成される。このプラズマは、このとき、閉じた磁束７によって閉じ込めの作用を受ける。
【００３１】
下部電極２はウェハーホルダ５１に設けられている。ウェハーホルダ５１は底壁１５に固定されている。下部電極２は、ウェハーホルダ５１の絶縁部材４の上面の上に配置されている。絶縁部材４は、下部電極２を反応容器５０の残りの部分から電気的に孤立させる。ウェハー２３は下部電極２の上に搭載される。下部電極２には、同様にまた、電力源１２から整合回路１１を経由してｒｆ電流を与えられる。もしｒｆ電流が下部電極２に与えられるならば、当該電流の周波数は、通常、２０ＭＨｚ以下の範囲にある。
【００３２】
本発明の第１実施形態においてマグネット配列の重要な特徴は、同じマグネット配列が、上部電極１の周囲のリング形状をした絶縁部材３の上にも及ぶように、上部電極１の外側領域に延長されているということである。このマグネット配列は、上部電極１と絶縁部材３の内側表面の近くに、閉じた磁束７を伴う磁界を生成する。
【００３３】
前述したマグネット配列によって最も外側のマグネット６は絶縁部材３の箇所に存在する。特に参照番号１８，１９，２０，２１によって示された線の上にあるマグネット６は、絶縁部材３の範囲内に存在し、上部電極１から離れている。これらのマグネットは、基本的に磁界を拡張するためのものであって、それによって不均一なプラズマを作ることを可能にする。これらのマグネット６は上部電極１から離れた位置にあるので、下部電極２に向かう拡張する磁束は同様にまた絶縁部材３の下側にあり、かつ上部電極１の表面領域から離れた所にある。このことは、上部電極１の下側で磁束分布の均一なパターンという結果をもたらす。リング形状の絶縁部材３上の最も外側のマグネット６から出た拡張された磁束はさらにウェハー２３から離れたところにあるので、かつ絶縁部材３の下側にはまったくプラズマは生成されないので、ウェハー２３上の処理速度に対する拡張した磁束の影響は無視される。このことは、ウェハー表面の全体に渡り径方向に均一なプラズマおよび均一な処理速度という結果をもたらす。
【００３４】
第１の実施形態によれば、上部電極１およびリング形状の絶縁部材３の上における前述したマグネット配列によって作られたポイントカスプ磁界は容量結合型のプラズマ処理装置に応用される。ポイントカスプ磁界は、上部電極１の周縁部から離れたところで反応容器の内部空間に向かって延びる磁束を位置させ、それによってウェハー２３の表面に渡って不均一なプラズマが生成されることを最小化し、またはなくす。
【００３５】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。第２実施形態のプラズマ処理装置は第１実施形態の変形である。ここでは、マグネット配列のみが修正されており、その他のハードウエアの構成は第１実施形態において説明されたそれと同じである。それ故に、ここではマグネット配列のみが説明される。図４において、図１に示されたそれらと実質的に同一の要素はそれぞれ同じ参照番号が付されている。
【００３６】
磁気的配列のパターンは第１実施形態において述べられたそれと同じである。すなわち、マグネット６は垂直線に沿って直交の形態にて配置されており、そのため、反応容器５０の内部に向かう磁極６の各々の極性は直線上に隣り合うマグネットのそれと反対になっており、そして対角線上にて隣り合うマグネットのそれと同じになっている。上部電極１の上に配置されたマグネット６は同じ配列様式において同じ平面の上に存在する。リング形状の絶縁部材３の上に配置されたマグネット６は、図４に示されるごとく、マグネット６の位置が上部電極１からさらに離れるとき次第に高くなるようになっている。上側または下側から見たマグネット配列のパターンは第１実施形態のそれに比較して変化はない。
【００３７】
マグネット６の磁界の寸法および強さは、第１実施形態において述べられたそれらと同じである。
【００３８】
前述したマグネット配列は、同様にまた、第１実施形態で述べたように上部電極１の下側で均一な磁界の分布を作り出す。さらにリング形状の絶縁部材３の下面での磁界の強さは側壁５に向かう方向において次第に減少される。何故ならば、絶縁部材３におけるマグネット６は側壁５に向かう方向において次第にその高さが高められるからである。このことは図４において図式的に示されている。従って、最も外側の磁界における延長される磁束はリング形状の絶縁部材３の中にあり、または絶縁部材３の下面の下側に少しのみ延びる。それ故に、磁界を形成する線に沿うプラズマの動きはさらに抑制される。このことはウェハー２３の表面全体に渡るプラズマの均一性を改善する。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態が図５を参照して説明される。第３実施形態のプラズマ処理装置は、同様にまた、第１実施形態の変形例である。ここに第１実施形態と比較してマグネット配列のみが修正されており、他の基本的なハードウェア構成は第１実施形態において説明されたそれと同じである。それ故に、図５を参照して以下においてマグネット配列のみが説明される。図５において図１で示されたそれらと実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参照番号が付されている。
【００４０】
マグネット配列のパターンは第１および第２の実施形態において説明されたそれと同じである。上部電極１の上に配置されたマグネット６は、上部電極１の上面に対応する同じ平面の上に存在し、そしてさらに各マグネット６の磁軸２４はお互いに平行になっている。他方、リング形状の絶縁部材３の上または中に配置されたマグネット６は前述した平面とは異なる他の平面の上にあり、それらの磁軸２４は上部電極１の上のそれらと平行ではない。リング形状の絶縁部材３の上に配置されたマグネット６は傾斜しており、そのため、各々の磁軸の上端は上部電極１の中心部分の上方の上側スポットに向いている。最も外側のマグネットの傾斜角度は、内側のマグネットのそれよりもより小さい。絶縁部材３におけるマグネット６の配列は、さらに、マグネット配列の周縁部分において反応容器５０の中へ延びる磁束の侵入を最小化する。このことはウェハー表面上におけるプラズマ均一性を改善する。なお第３実施形態において、上部電極１の周囲の領域に配置されたリング形状の絶縁部材の厚みは相対的に増大されるようになるということに留意すべきである。
【００４１】
次に本発明の第４実施形態が図６を参照して説明される。第４実施形態のプラズマ処理装置は第２実施形態の変形例である。ここで、第２実施形態に比較して上部電極と絶縁部材の形状のみが修正されており、他のハードウエアの構成は第２実施形態において説明されたそれと同じである。マグネット配列は第１実施形態のそれとは異なっているが、第２実施形態のそれとは同じである。それ故に、ここでは上部電極と絶縁部材のみが図６を参照してマグネット配列の特徴に関連して説明される。図６において、図４に示されたそれらと実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参照番号が割り当てられている。
【００４２】
上部電極６１は２の部分を有している。第１の部分は、円形の平板形状を有する中央領域部分６１ａであり、他の部分は外周部分６１ｂである。中央領域部分６１ａは第１実施形態で説明された上部プレート１に対応する。外周部分６１ｂは図６において上部電極６１の周縁部分を上方側に折り曲げることによって形成される。相対的に大きな厚みを有するリング形状の絶縁部材６２は傾斜を有するように作られた内面６２ａを有している。絶縁部材６２の当該内面６２ａにおいて内側の縁は低い位置にあり、そして外側の縁は高い位置にある。内面６２ａはその断面の形状においてまっすぐな傾斜を有している。上部電極６１は絶縁部材６２の内面に取り付けられかつ当該内面によって支持されており、これにより外周部分６１ｂは傾斜された内面６２ａに接触保持されるようにされている。マグネット６のマグネット配列のパターンは第２実施形態において説明されたそれと同じである。すなわち、中央領域部分６１ａに配置されたマグネット６は同じ高さの平面の上に存在し、それは中央領域部分６１ａの上面に対応している。外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の位置はその位置が外方に向かって変化させられるにつれて次第に高くなる。マグネット６のすべては上部電極６１の上に配置されている。
【００４３】
リング形状の絶縁部材６２に対応する外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の配列は、マグネット配列の縁部分で延びる磁束を取り除く。
【００４４】
次に本発明の第５の実施形態が図７を参照して説明される。第５実施形態のプラズマ処理装置は第４実施形態の変形である。第５実施形態は、上部電極６１と絶縁部材６２の特徴的な形状を示している。第５実施形態において、マグネット配列は第４実施形態に比較して修正されており、そして他のハードウェアの構成は第４実施形態で説明されたそれと同じである。マグネット配列は第３実施形態でのそれと実質的に同じである。図７において、図１および図６において示されたそれらと実質的に同一な要素にはそれぞれ同一の参照番号が割り当てられている。
【００４５】
上部電極６１は中央領域部分６１ａと外周部分６１ｂを有している。リング形状の絶縁部材６２は傾斜を有するように作られた内面６２ａを有している。内面６２ａはその断面形状において直線の傾斜を持っている。中央領域部分６１ａの上に配置されたマグネット６は同じ高さの平面の上にあり、それらの磁軸は相互に平行である。外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６は外側にその位置が変化するにつれて次第に高くなり、そしてさらにそれらはそれらの磁軸が外周部分６１ｂの上面に垂直になるように配置されている。マグネット６のすべてが上部電極６１の上に配置されている。
【００４６】
リング形状をした絶縁部材６２に対応する外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の配列は、さらに、マグネット配列の周縁部分で延びる磁束を最小化しかつ取り除く。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、ウェハーの上に各種の半導体デバイスを作り込むのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】第１実施形態における上部電極および絶縁部材の上のマグネット配列を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の変形例としてのプラズマ処理装置の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の断面図である。
【図９】従来装置での上部電極上のマグネット配列を示す平面図である。
【図１０】技術的問題の領域を示すためウェハーを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 上部電極
２ 下部電極
３ 絶縁部材
４ 絶縁部材
６ マグネット
７ 磁束
２３ ウェハー
５１ ウェハーホルダ
６１ 上部電極
６２ 絶縁部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板あるいは他の基板の上に半導体デバイスの製造するプロセスに使用され、プロセスの均一性を改善できるプラズマ処理方法、および半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ支援ウェハー処理の方法は、通常、集積回路と呼ばれる半導体デバイスの製造において、十分に確立したプロセスである。従来、例えば、エッチング、スパッタ堆積、化学的気相堆積など多くの異なるプラズマ支援プロセスがある。これらのプロセスのすべてはエッチング速度あるいはウェハー表面上の堆積速度のごように均一な処理速度を作るように実行されなければならない。もしウェハー表面上で不均一な処理速度が生じたとすると、多くの欠陥のある半導体デバイスが作られる。
【０００３】
磁気強化された容量結合型プラズマは、それらのより高いｒｆ電力（高周波電力）の利用効率のため、ウェハー製造プロセスにおいて広く応用されている。しかしながら、磁気的強化された容量結合型プラズマの大部分は、ウェハーの全表面に渡って不均一なプラズマを作り出す。これは、プラズマ中の電子とイオンがＥ×Ｂドリフトを受けるからであり、ここでＥとＢはそれぞれｒｆ電極表面上のＤＣ（直流）の電界と磁界の強さである。このＥ×Ｂドリフトのために、プラズマは反応容器の一方の側に向かって移動する。さらに、磁気的強化プラズマの大部分においてｒｆ電極に与えられた磁界はウェハー表面に至るまで延びる。このことは、磁界がウェハーホルダに与えられる他のｒｆ電極の応用を禁じるので、他の重大な問題となる。この理由は、再び、プラズマがＥ×Ｂドリフトによって反応容器の一方の側に移動されるということである。プラズマの一方の側への移動はウェハーの表面上全体に渡って不均一なプラズマを作り出す。従って磁気的強化プラズマの大部分の応用は制限を受けることになる。
【０００４】
前述した問題に関する解決として上記電極の下側にポイントカスプ磁界を作り出す複数のマグネットを備えたｒｆ電極が提案された。ポイントカスプ磁界はｒｆ電極の近傍に制限される。マグネットの構成すなわち配列はｒｆ電極の表面上に強い磁界を作り、ウェハーの表面上に磁界のない環境を作り出す。この磁界は電子およびイオンのＥ×Ｂドリフトによって反応容器の一方の側に向かってプラズマの移動を起こされることはない。その理由は、Ｅ×Ｂドリフトは局地的な領域に制限され、隣のドリフトのどれも反対の方向に向いているということである。それ故に、Ｅ×Ｂドリフトはｒｆ電極の表面の大きな面積領域に渡って広がらない。
【０００５】
しかしながら、所定のマグネット配列に基づくポイントカスプ磁界を有する前述のｒｆ電極は、同様にまた、或る環境の下でウェハーの表面に渡って不均一なプラズマを作ることができる。この状態は、図８〜図１０を参照して詳細に説明される。
【０００６】
図８は、従来のプラズマ処理装置の断面図を示す。この装置は反応容器１００とその中にあるウェハーホルダ２０１を有している。ウェハーホルダ２０１は底壁１１５の上に配置されている。ウェハーホルダ２１０はｒｆ下部電極１０２と絶縁体１０４から成る。ｒｆ下部電極１０２は絶縁体１０４の上面に配置されている。下部電極１０２は電気的に反応容器１００から絶縁されている。ウェハー１３０は下部電極１０２の上に搭載されている。
【０００７】
さらに、反応容器１００はウェハーホルダ２０１の上方に上部電極１０１を有する。上部電極１０１は円板状の形状を有し、さらに反応容器１００の内面に固定されたリング形状の絶縁体１０３によって支持されている。この構造は上部電極１０１を反応容器１００の残りの部分から電気的に絶縁させる。複数のマグネット１０６は上部電極１０１の上面の上に配置されている。多くのマグネット１０６は当該上面の上の円形領域の中に配置されてる。マグネット１０６は上面に垂直な線に沿って直交する形態にて配置され、そのため、反応容器１００の内部に向かうマグネット１０６の各々の極性は直線（辺の部分）上で隣り合うマグネット１０６のそれと反対であり、そして対角線上で隣り合うマグネットのそれと同じである。これらのマグネットは上部電極１０１の内側面の近くに閉じた磁束１０７を有する磁界を生成する。上部電極１０１の上面側および下面側には閉じた磁束１０７が多く存在する。
【０００８】
上部電極１０１はｒｆ電力源１１３から整合回路１０８を経由してｒｆ電流を与えられる。このｒｆ電流の周波数は通常１０〜１５０ＭＨｚの範囲の中にある。さらに下部電極１０２はｒｆ電力源１１２から整合回路１１１を経由してｒｆ電流を与えられてもよいし、与えられなくてもよい。もしｒｆ電流が下部電極１０２に与えられるという場合には、ｒｆ電流の周波数は通常２０ＭＨｚ以下にある。
【０００９】
プロセスガスが複数の導入口１０９を通して反応容器１００内に供給され、反応容器１００はガス導出口１１０を介して排気されている。適当な低い圧力、例えば１〜２０Ｐａの低圧力の下でｒｆ電流が上部電極１０１に与えられるとき、容量結合機構によってプラズマが生成される。この生成されたプラズマは、そのとき、閉じた磁束１０７によって閉じ込められることを余儀なくされる。
【００１０】
さらに、反応容器１００は天井壁１１４と円筒形の側壁１０５を備えている。反応容器は気密な構造を有するように作られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した反応容器１００の構成に関連する問題を次に説明する。上で説明したマグネット配列は上部電極１０１の下面上に多くの数のポイントカスプ磁界１０７を作り出す。磁気的な配列は、その縁の部分を除いて、上部電極１０１の上面上で均一である。各マグネット１０６は、反対の極性の４つのマグネットと同じ極性の４つのマグネットとによって囲まれている。それ故に、上部電極１０１の中での磁界の分布パターンはその縁の近傍における部分を除いて均一である。さらに、各マグネットに関して反対の極性を有する４つのマグネットが存在するので、磁束１０７は反応容器１００の中に深く侵入せず、その代わりに、短い距離内で曲がり、異なる極性を有する磁極の方向に向かう。従って、上部電極１０１の下面で強い磁界が存在し、下部電極１０２に向う磁界の強さは急速に減衰する。このような条件は、ウェハー１３０の表面の近くの領域において磁界のない環境を作り出す。
【００１２】
磁界の均一な分布パターンは上部電極１０１の縁の所で終わる。最も外側のマグネットは非常に接近した距離にて反対の極性を有した状態のたった２つまたは３つのマグネットを有している。上部プレート１０１の平面図において、マグネット配列を示す図９において示されるごとく、参照番号１２２，１２３，１２４，１２５によって示される線の上のマグネットは交互に変わる極性を有した状態で存在し、それらの各々は接近した距離にて反対の極性を有する３つのマグネットを持っている。それ故に、これらのマグネットの各々は閉じたループを形成する磁束を作る。他方、参照番号１１８，１１９，１２０，１２１によって示された線の上にあるマグネットは、反応容器１００の内部に向かう同じ極性を有している。これらのマグネットの各々は接近した距離にて反対の極性を有するたった２つのマグネットを持つ。それ故に、これらのマグネットから出た磁束は他のマグネット１０６のそれらに比較して反応容器１００の内部に深く延びる。なお、参照番号１１６はＹ軸を示し、１１７はＸ軸を示している。
【００１３】
プラズマが生成されるとき、上部電極１０１の近傍にある電子およびイオンはＥ×Ｂドリフトの下で動くことを余儀なくされる。バルクプラズマ（bulk plasma：容積状プラズマ）の中では、ＤＣ（直流）の電界は存在しない。それ故に、 バルクプラズマ内での電子は単純に磁束線に従って動く。ウェハーの表面上には全く磁界が存在しないので、ウェハーのちょうど上方に存在する電子は磁界による影響を受けない。
【００１４】
しかしながら、線１１８，１１９，１２０，１２１の上に位置するマグネットに関係する磁束は、下部電極１０２の方向に向かって延びる。電子は磁束に沿って移動するので、これらの場所に関連するプラズマ密度は増加することになる。すなわち、ウェハーの表面の全体に渡るプラズマ密度は不均一になる。結果として、ウェハー表面上の処理速度は同様にまた不均一となる。例えばドライエッチングの応用において、線１１８，１１９，１２０，１２１に対応する場所でのエッヂ速度は増加することになる。このことは図１０において図式的に示されている。図１０において、１２６，１２７，１２８，１２９によって示された領域はウェハー１３０の残りの部分に比較してより高いエッチング速度を持っている。実際的な応用において、直径３００ｍｍのウェハー全体でのエッチング速度の不均一性はおよそプラスマイナス１５％であるということが観察された。
【００１５】
現在のところ、ウェハー処理の大部分はウェハーの表面上で非常に良好な処理速度の均一性をもって行わなければならない。一般に、直径２００mmのウェハーあるいは直径３００mmのウェハーでの許容される不均一性はプラスマイナス５％よりも小さいことである。従って、前述したプラズマ源は大部分のウェハー処理に用いることができない。
【００１６】
本発明の目的は、全体のｒｆ電極表面の下にほとんど均一な磁束分布パターンを生成することによって均一な処理速度を実現することができるプラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によるプラズマ処理方法および半導体デバイスの製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１８】
第１のプラズマ処理方法（請求項１に対応）は、下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に広がる方向に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーを処理する方法である。
【００１９】
第２のプラズマ処理方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、上部電極の周縁領域には上部電極を支持する絶縁部材を配置し、絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、絶縁部材に配置された複数のマグネットのマグネット配列は上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、絶縁部材に配置された複数のマグネットは上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作る。
【００２０】
第１の半導体デバイスの製造方法（請求項３に対応）は、プラズマ処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、当該プラズマ処理工程では、下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、ウェハーをプラズマ処理する方法であって、下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき容量結合型プラズマを生成してウェハーをプラズマ処理する方法が実施される。
【００２１】
第２の半導体デバイスの製造方法（請求項４に対応）は、上部電極の周縁領域には上部電極を支持する絶縁部材を配置し、絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、絶縁部材に配置された複数のマグネットのマグネット配列は上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、絶縁部材に配置された複数のマグネットは上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、容量結合型プラズマを利用してウェハーを処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法または半導体デバイスの製造方法であって、ｒｆ電極である上部電極に配置される複数のマグネットの配列をさらにその周縁領域に広がるように延長して配列するようにしたため、全体の上部電極の下側面の近くにほとんど均一な磁束分布パターンのポイントカスプ磁界を生成することができ、このポイントカスプ磁界によって均一な処理速度でウェハーを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、添付された図面に従って好ましい実施形態が説明される。実施形態のこの説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【００２４】
本発明の第１実施形態が図１および図２に従って説明される。図１は第１実施形態に係るマグネット配列を備えたプラズマ処理装置の断面図を示す。マグネット配列は、上部電極１の上に配置された多数のマグネット６を含む。マグネット６の各々は同じ形状および同じ磁気力を有する。図２は、上側または下側から見た上部電極１の上におけるマグネット配列のパターンを示す平面図である。図２において、多数の小さな円は各々のマグネット６の端面を示している。さらに、ＮおよびＳの文字は下側から見たマグネット６の磁気的極性を示している。マグネット６の下側の磁極は交互に反対となるように配列されている。図２においてＸ軸１６およびＹ軸１７が示されている。
【００２５】
この実施形態のプラズマ処理装置の基本的なハードウエアの構造は、磁気的配列の部分を除いて、従来技術で説明されたそれとほとんど同じである。
【００２６】
プラズマ処理装置は反応容器５０を有している。この反応容器５０は上部電極１、下部電極２、電気的に電極を反応容器５０の残りの部分から絶縁する絶縁部材（または絶縁体）３，４から構成されている。反応容器５０は、上部壁（天井壁）１４、円筒形側壁５、および底壁１５の部分から形成されている。上部電極１の周りに当該上部電極を支持するように配置された絶縁部材３は、通常、リング形状をしている。絶縁部材３として好ましくは誘電体リング板が用いられる。絶縁部材３は円筒形側壁５に固定されている。上部電極１は金属、通常はアルミニウムのごとき非磁性金属で作られている。上部電極１の下面は、例えばＳｉ（シリコン）のような異なる物質で作られた薄い板で囲まれていてもよいし、囲まれていなくてもよい。これはプラズマの中で、かつウェハーの表面上で所望の化学的反応を得るためである。図において当該薄い板の図示は省略されており、それ故に図示されていない。加えて、上部電極１は、上部電極１の中に形成された通路を通して冷却液を流すことによって冷却されることもできる。この通路は、図１において同様にまた示されていない。
【００２７】
上部電極１は、ｒｆ電力源１３から整合回路８を経由してｒｆ電流を与えられる。ｒｆ電流の周波数は重要なことではなく、好ましくは１０〜３００ＭＨｚの範囲の中に含まれる。プロセスガスは、複数のガス導入口９を通して、反応容器５０の中に供給される。反応容器５０は、円筒形側壁５に形成されたガス導出口１０を経由して排気される。図１に示されるごとく、プロセスガスの導入口９は反応容器５０の側壁５の周りに設けられている。しかしながら、反応容器５０の中にプロセスガスを供給する異なる機構を用いることもできる。例えば、プロセスガスは、上部電極１に作られたガス導入口を経由して供給することもできる。
【００２８】
複数のマグネット６は、上部電極１と絶縁部材（誘電体リング板）３の外側表面上に配置されている。絶縁部材３は、図１および図２に示されるごとく、上部電極１の周りに存在する。マグネット６は垂直線に沿って直交する形態において配置され、そのため、反応容器５０の内部に向かうマグネット６の各々の極性は直線上に隣り合うマグネットに対して反対となり、かつ対角線上に隣り合うマグネットとの間では同じになる。反対の極性を持つ２つの隣り合うマグネットの距離は重要な事項ではなく、５〜１００ｍｍの範囲で変えることができる。マグネットの高さも同様にまた重要なことではなく、通常は２ｍｍよりも大きくなっている。マグネット６の断面形状は四角または円形である。もし断面形状が円形であるならば、マグネット６の直径は３〜５０ｍｍの範囲にある。この値は重要な事項ではなく、上部電極１の厚みや反応容器の寸法を考慮することによって選択され得る。通常、すべてのマグネットは、それらの磁極において同じ磁界の強さを持つように同じ磁気的物質で作られている。磁極での各磁界の強さは重要なことではない。応用のタイプおよびウェハー（または基板）の大きさに依存して、磁界の強さの値は変化される。
【００２９】
一般にマグネット６から上部電極１の下面までの距離は上部電極１の厚みによって決定される。上部電極１の厚みは重要な事柄ではなく、通常、３ｍｍよりも大きい。しかしながら、上部電極の厚みの増大に伴って、上部電極１の下面での磁界の強さは弱められる。上部電極１の下面での磁界の強さが弱められることを避けるため、上部電極１に孔を形成し、図３に示されるごとく当該孔の中にマグネット６を配置することもできる。上部電極１にマグネットをセットするための当該構造はマグネットから上部電極１の下面までの距離を減少する。同様に、マグネット６は、図３に示されるごとく、絶縁部材３に形成された孔の中に配置することもできる。
【００３０】
適当な低い圧力、例えば１〜２０Ｐａの圧力の下で上部電極１にｒｆ電流を与えるとき、プラズマは容量結合型のメカニズムによって生成される。このプラズマは、このとき、閉じた磁束７によって閉じ込めの作用を受ける。
【００３１】
下部電極２はウェハーホルダ５１に設けられている。ウェハーホルダ５１は底壁１５に固定されている。下部電極２は、ウェハーホルダ５１の絶縁部材４の上面の上に配置されている。絶縁部材４は、下部電極２を反応容器５０の残りの部分から電気的に孤立させる。ウェハー２３は下部電極２の上に搭載される。下部電極２には、同様にまた、電力源１２から整合回路１１を経由してｒｆ電流を与えられる。もしｒｆ電流が下部電極２に与えられるならば、当該電流の周波数は、通常、２０ＭＨｚ以下の範囲にある。
【００３２】
本発明の第１実施形態においてマグネット配列の重要な特徴は、同じマグネット配列が、上部電極１の周囲のリング形状をした絶縁部材３の上にも及ぶように、上部電極１の外側領域に延長されているということである。このマグネット配列は、上部電極１と絶縁部材３の内側表面の近くに、閉じた磁束７を伴う磁界を生成する。
【００３３】
前述したマグネット配列によって最も外側のマグネット６は絶縁部材３の箇所に存在する。特に参照番号１８，１９，２０，２１によって示された線の上にあるマグネット６は、絶縁部材３の範囲内に存在し、上部電極１から離れている。これらのマグネットは、基本的に磁界を拡張するためのものであって、それによって不均一なプラズマを作ることを可能にする。これらのマグネット６は上部電極１から離れた位置にあるので、下部電極２に向かう拡張する磁束は同様にまた絶縁部材３の下側にあり、かつ上部電極１の表面領域から離れた所にある。このことは、上部電極１の下側で磁束分布の均一なパターンという結果をもたらす。リング形状の絶縁部材３上の最も外側のマグネット６から出た拡張された磁束はさらにウェハー２３から離れたところにあるので、かつ絶縁部材３の下側にはまったくプラズマは生成されないので、ウェハー２３上の処理速度に対する拡張した磁束の影響は無視される。このことは、ウェハー表面の全体に渡り径方向に均一なプラズマおよび均一な処理速度という結果をもたらす。
【００３４】
第１の実施形態によれば、上部電極１およびリング形状の絶縁部材３の上における前述したマグネット配列によって作られたポイントカスプ磁界は容量結合型のプラズマ処理装置に応用される。ポイントカスプ磁界は、上部電極１の周縁部から離れたところで反応容器の内部空間に向かって延びる磁束を位置させ、それによってウェハー２３の表面に渡って不均一なプラズマが生成されることを最小化し、またはなくす。
【００３５】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。第２実施形態のプラズマ処理装置は第１実施形態の変形である。ここでは、マグネット配列のみが修正されており、その他のハードウエアの構成は第１実施形態において説明されたそれと同じである。それ故に、ここではマグネット配列のみが説明される。図４において、図１に示されたそれらと実質的に同一の要素はそれぞれ同じ参照番号が付されている。
【００３６】
磁気的配列のパターンは第１実施形態において述べられたそれと同じである。すなわち、マグネット６は垂直線に沿って直交の形態にて配置されており、そのため、反応容器５０の内部に向かう磁極６の各々の極性は直線上に隣り合うマグネットのそれと反対になっており、そして対角線上にて隣り合うマグネットのそれと同じになっている。上部電極１の上に配置されたマグネット６は同じ配列様式において同じ平面の上に存在する。リング形状の絶縁部材３の上に配置されたマグネット６は、図４に示されるごとく、マグネット６の位置が上部電極１からさらに離れるとき次第に高くなるようになっている。上側または下側から見たマグネット配列のパターンは第１実施形態のそれに比較して変化はない。
【００３７】
マグネット６の磁界の寸法および強さは、第１実施形態において述べられたそれらと同じである。
【００３８】
前述したマグネット配列は、同様にまた、第１実施形態で述べたように上部電極１の下側で均一な磁界の分布を作り出す。さらにリング形状の絶縁部材３の下面での磁界の強さは側壁５に向かう方向において次第に減少される。何故ならば、絶縁部材３におけるマグネット６は側壁５に向かう方向において次第にその高さが高められるからである。このことは図４において図式的に示されている。従って、最も外側の磁界における延長される磁束はリング形状の絶縁部材３の中にあり、または絶縁部材３の下面の下側に少しのみ延びる。それ故に、磁界を形成する線に沿うプラズマの動きはさらに抑制される。このことはウェハー２３の表面全体に渡るプラズマの均一性を改善する。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態が図５を参照して説明される。第３実施形態のプラズマ処理装置は、同様にまた、第１実施形態の変形例である。ここに第１実施形態と比較してマグネット配列のみが修正されており、他の基本的なハードウェア構成は第１実施形態において説明されたそれと同じである。それ故に、図５を参照して以下においてマグネット配列のみが説明される。図５において図１で示されたそれらと実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参照番号が付されている。
【００４０】
マグネット配列のパターンは第１および第２の実施形態において説明されたそれと同じである。上部電極１の上に配置されたマグネット６は、上部電極１の上面に対応する同じ平面の上に存在し、そしてさらに各マグネット６の磁軸２４はお互いに平行になっている。他方、リング形状の絶縁部材３の上または中に配置されたマグネット６は前述した平面とは異なる他の平面の上にあり、それらの磁軸２４は上部電極１の上のそれらと平行ではない。リング形状の絶縁部材３の上に配置されたマグネット６は傾斜しており、そのため、各々の磁軸の上端は上部電極１の中心部分の上方の上側スポットに向いている。最も外側のマグネットの傾斜角度は、内側のマグネットのそれよりもより小さい。絶縁部材３におけるマグネット６の配列は、さらに、マグネット配列の周縁部分において反応容器５０の中へ延びる磁束の侵入を最小化する。このことはウェハー表面上におけるプラズマ均一性を改善する。なお第３実施形態において、上部電極１の周囲の領域に配置されたリング形状の絶縁部材の厚みは相対的に増大されるようになるということに留意すべきである。
【００４１】
次に本発明の第４実施形態が図６を参照して説明される。第４実施形態のプラズマ処理装置は第２実施形態の変形例である。ここで、第２実施形態に比較して上部電極と絶縁部材の形状のみが修正されており、他のハードウエアの構成は第２実施形態において説明されたそれと同じである。マグネット配列は第１実施形態のそれとは異なっているが、第２実施形態のそれとは同じである。それ故に、ここでは上部電極と絶縁部材のみが図６を参照してマグネット配列の特徴に関連して説明される。図６において、図４に示されたそれらと実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参照番号が割り当てられている。
【００４２】
上部電極６１は２の部分を有している。第１の部分は、円形の平板形状を有する中央領域部分６１ａであり、他の部分は外周部分６１ｂである。中央領域部分６１ａは第１実施形態で説明された上部プレート１に対応する。外周部分６１ｂは図６において上部電極６１の周縁部分を上方側に折り曲げることによって形成される。相対的に大きな厚みを有するリング形状の絶縁部材６２は傾斜を有するように作られた内面６２ａを有している。絶縁部材６２の当該内面６２ａにおいて内側の縁は低い位置にあり、そして外側の縁は高い位置にある。内面６２ａはその断面の形状においてまっすぐな傾斜を有している。上部電極６１は絶縁部材６２の内面に取り付けられかつ当該内面によって支持されており、これにより外周部分６１ｂは傾斜された内面６２ａに接触保持されるようにされている。マグネット６のマグネット配列のパターンは第２実施形態において説明されたそれと同じである。すなわち、中央領域部分６１ａに配置されたマグネット６は同じ高さの平面の上に存在し、それは中央領域部分６１ａの上面に対応している。外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の位置はその位置が外方に向かって変化させられるにつれて次第に高くなる。マグネット６のすべては上部電極６１の上に配置されている。
【００４３】
リング形状の絶縁部材６２に対応する外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の配列は、マグネット配列の縁部分で延びる磁束を取り除く。
【００４４】
次に本発明の第５の実施形態が図７を参照して説明される。第５実施形態のプラズマ処理装置は第４実施形態の変形である。第５実施形態は、上部電極６１と絶縁部材６２の特徴的な形状を示している。第５実施形態において、マグネット配列は第４実施形態に比較して修正されており、そして他のハードウェアの構成は第４実施形態で説明されたそれと同じである。マグネット配列は第３実施形態でのそれと実質的に同じである。図７において、図１および図６において示されたそれらと実質的に同一な要素にはそれぞれ同一の参照番号が割り当てられている。
【００４５】
上部電極６１は中央領域部分６１ａと外周部分６１ｂを有している。リング形状の絶縁部材６２は傾斜を有するように作られた内面６２ａを有している。内面６２ａはその断面形状において直線の傾斜を持っている。中央領域部分６１ａの上に配置されたマグネット６は同じ高さの平面の上にあり、それらの磁軸は相互に平行である。外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６は外側にその位置が変化するにつれて次第に高くなり、そしてさらにそれらはそれらの磁軸が外周部分６１ｂの上面に垂直になるように配置されている。マグネット６のすべてが上部電極６１の上に配置されている。
【００４６】
リング形状をした絶縁部材６２に対応する外周部分６１ｂの上に配置されたマグネット６の配列は、さらに、マグネット配列の周縁部分で延びる磁束を最小化しかつ取り除く。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、ウェハーの上に各種の半導体デバイスを作り込むのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】第１実施形態における上部電極および絶縁部材の上のマグネット配列を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の変形例としてのプラズマ処理装置の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の断面図である。
【図９】従来装置での上部電極上のマグネット配列を示す平面図である。
【図１０】技術的問題の領域を示すためウェハーを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 上部電極
２ 下部電極
３ 絶縁部材
４ 絶縁部材
６ マグネット
７ 磁束
２３ ウェハー
５１ ウェハーホルダ
６１ 上部電極
６２ 絶縁部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、前記ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、
前記下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき前記容量結合型プラズマを生成して前記ウェハーを処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記上部電極の前記周縁領域には前記上部電極を支持する絶縁部材を配置し、
前記絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、
前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットのマグネット配列は前記上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットは前記上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
プラズマ処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、
前記プラズマ処理工程では、
下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、前記ウェハーをプラズマ処理する方法であって、
前記下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき前記容量結合型プラズマを生成して前記ウェハーをプラズマ処理する方法が実施される、
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記上部電極の前記周縁領域には前記上部電極を支持する絶縁部材を配置し、
前記絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、
前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットのマグネット配列は前記上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットは前記上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする請求項３記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、前記ウェハーを処理するプラズマ処理方法であって、
前記下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき前記容量結合型プラズマを生成して前記ウェハーを処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記上部電極の前記周縁領域には前記上部電極を支持する絶縁部材を配置し、
前記絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、
前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットのマグネット配列は前記上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットは前記上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
プラズマ処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、
前記プラズマ処理工程では、
下部電極上に搭載されたウェハーの表面の付近の空間に容量結合型プラズマを生成し、前記ウェハーをプラズマ処理する方法であって、
前記下部電極に対向する上部電極の外側面上または内部に配置されたポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットを、その周縁領域に、同じマグネット配列によって延長して配列し、前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作り、このポイントカスプ磁界に基づき前記容量結合型プラズマを生成して前記ウェハーをプラズマ処理する方法が実施される、
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記上部電極の前記周縁領域には前記上部電極を支持する絶縁部材を配置し、
前記絶縁部材の外側面上または内部にポイントカスプ磁界を作るための複数のマグネットとを備え、
前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットのマグネット配列は前記上部電極に配置された複数のマグネットのマグネット配列と同じであり、前記絶縁部材に配置された前記複数のマグネットは前記上部電極に配置された複数のマグネットを延長して配列され、少なくとも前記上部電極の内側表面の近くには均一な磁束分布パターンによるポイントカスプ磁界を作ることを特徴とする請求項３記載の半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２１１４９（Ｐ２００７−２２１１４９Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６１２１（Ｐ２００７−４６１２１）
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【分割の表示】特願２００２−１２５５８８（Ｐ２００２−１２５５８８）の分割
【原出願日】平成１４年４月２６日（２００２．４．２６）
【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１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【分割の表示】特願２００２−１２５５８８（Ｐ２００２−１２５５８８）の分割
【原出願日】平成１４年４月２６日（２００２．４．２６）
【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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