(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、ウエハを支持する為のＲＦ電極とを含むＲＦ誘導結合プラズマリアクタであって：
前記チャンバ中に反応性ガスを導入するための１以上のガス源と；
前記チャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと；
を備え、
前記アンテナは、前記ＲＦ電極の上面に面する凹面であり；
前記アンテナは、下方にある垂直円筒部分と、該垂直円筒部分と滑らかに接合する上方にあるドーム形の部分とを備える；前記リアクタ。
【請求項２】
前記垂直円筒部分が、該垂直円筒部分の直径の２０％以上の軸方向高さを有する、請求項１記載のリアクタ。
【請求項３】
前記真空チャンバが、前記垂直円筒部分と前記アンテナのドーム形部分の形状にそれぞれ対応している、垂直円筒部分と上方にあるドーム形部分とを備える天井を備え、且つ前記アンテナが、前記天井内に配設された導線であって前記天井の対称回転軸を中心として（ａｒｏｕｎｄ）巻かれた伸長した導線を備える、請求項２記載のリアクタ。
【請求項４】
前記天井が、前記天井の頂部から減少する曲率半径を有し且つお互いに滑らかに接合する複数の部分を備える、請求項３記載のリアクタ。
【請求項５】
前記アンテナが、前記湾曲した面の頂点に中心を置く円形の空所（ｖｏｉｄ）を有する、請求項１記載のリアクタ。
【請求項６】
前記空所の直径が、ほぼ（ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ）前記ウエハの直径の２５％と１００％との間の値である、請求項５記載のリアクタ。
【請求項７】
前記空所中にドーム形の電極をさらに備え、該ドーム形の電極が電源に接続可能である、請求項５記載のリアクタ。
【請求項８】
前記ドーム形の電極が、前記チャンバの清掃（ｃｌｅａｎｉｎｇ）中にＲＦ電源に接続可能である、請求項７記載のリアクタ。
【請求項９】
前記巻かれた導線が、前記アンテナに適用されたＲＦ信号の１／４波長に対応する長さを有する、請求項３記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記ＲＦ信号が、４００ｋＨｚと２０ＭＨｚとの間のＲＦ周波数を有する、請求項９記載のリアクタ。
【請求項１１】
前記反応性ガスの少なくとも一つが、（ａ）スパッタエッチング（ｓｐｕｔｔｅｒ ｅｔｃｈｉｎｇ）のための前記プラズマへのイオン及び（ｂ）化学蒸着のための化学的種（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）、の双方に寄与し、且つ前記ウエハ上のプラズマイオン密度が、前記スパッタエッチングの速さが前記化学蒸着の速さと少なくとも同程度となるに充分な密度である、請求項１記載のリアクタ。
【請求項１２】
少なくとも一つのガス源が、前記真空チャンバの真空封じ込め（ｖａｃｕｕｍ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）壁の中に置かれ且つその壁に熱的に結合され、又前記ウエハの縁部近くにある各ノズル先端部をもって前記ウエハに向かって延びている、複数の伸延スプレーノズルを備えている、請求項１記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記ノズルからのガス流が超音速である、請求項１２記載のリアクタ。
【請求項１４】
少なくとも一つのガス源が、前記真空チャンバの内側で、該ウエハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの実質的部分の上方に存在することがないようになっている、閉じたチューブを備えており、その閉じたチューブが、その中に、前記ウエハの上方にある前記真空チャンバの内部部分に対向している複数のスプレー開口を有する、請求項１記載のリアクタ。
【請求項１５】
真空チャンバ内にウエハを保持するための手段を含むプラズマリアクタであって：
前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、
前記真空チャンバの真空封じ込め壁に熱的に結合され、又前記ウエハの縁部の少なくともほぼ（ｎｅａｒｌｙ）上方にあるガス分配入口オリフィスを有するそれぞれのノズル先端部をもって前記ウエハに向かって延びている、複数の伸延スプレーノズルと、
を備え、
前記アンテナは、ドーム形の形態を有した凹面であり；
前記アンテナは、下方にある垂直円筒部分と、該垂直円筒部分と滑らかに接合する上方にあるドーム形の部分とを備える；前記リアクタ。
【請求項１６】
真空チャンバ内にウエハを保持するための手段を含むプラズマリアクタであって、
前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある部分内にプラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、
前記チャンバの中で前記ウエハの上方にある前記部分内に反応性を噴霧するための平面スプレーシャワーヘッド（ｐｌａｎａｒ ｓｐｒａｙ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）とを備え、該平面スプレーシャワーヘッドが前記真空チャンバの中の前記ウエハの上方の（ｏｖｅｒ）内部部分の上方にあり（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、且つ前記ウエハに対向する複数のスプレーノズル開口を有し、
さらに前記複数のノズル開口の隣接する開口の間であって、前記平面スプレーノズルの内部部分にある複数の磁石とを備え、該複数の磁石が前記スプレーノズル開口からイオンをはね返すような方向に向けられている、
リアクタ。
【請求項１７】
前記ノズル開口が、前記ウエハから、ウエハの直径の約２５％から５０％の範囲に位置している、請求項１６記載のリアクタ。
【請求項１８】
プロセスガスを収容するための真空チャンバ内にウエハを保持するための手段を含むプラズマリアクタであって、プラズマを発生するために前記チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、前記ウエハの上方にあり、且つ電位（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に接続可能である、ドーム形の導電性の電極とを備える、リアクタ。
【請求項１９】
前記ドーム形の電極が、前記チャンバの天井を備え、且つプロセス中アース（ｇｒｏｕｎｄ）に接続されている、請求項１８記載のリアクタ。
【請求項２０】
前記チャンバの清掃中、前記ドーム形の電極をＲＦパワー源に接続するための手段をさらに備える、請求項１９記載のリアクタ。
【請求項２１】
真空プロセスチャンバを用意する工程であって、前記真空プロセスチャンバは、処理すべき被加工物を保持し、アンテナを有し、前記アンテナは、プラズマ発生領域を少なくとも部分的に囲むドーム形部分と、前記ドーム形部分の下にある垂直円筒部分を備える、前記工程と、
前記プロセスチャンバ中に、陰電性の（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）ガスを含むプロセスガスを供給する工程と、
ＲＦ電気信号を前記アンテナに共振的に（ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）結合する工程と、
前記アンテナからの電磁エネルギーを、前記プロセスガスから前記プロセスチャンバの前記プラズマ発生領域内に形成されたプラズマ中に、非共振的（ｎｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）且つ誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合する工程であって、それによって前記被加工物が前記プラズマによって処理される工程とを含む、プラズマプロセス。
【請求項２２】
前記陰電性ガスが酸素ガスを含む、請求項２１記載のプラズマプロセス。
【請求項２３】
前記陰電性ガスがハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）を含む、請求項２１記載のプラズマプロセス。
【請求項２４】
前記プロセスガスがさらに酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）のための先駆（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）ガスを含む、請求項２２記載のプラズマプロセス。
【請求項２５】
前記ＲＦ電気信号が、４００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項１記載のプラズマプロセス。
【請求項２６】
前記チャンバ内の前記プロセスガスの圧力が、１から３０ミリトール（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）の範囲内にある、請求項２５記載のプラズマプロセス。
【請求項２７】
前記アンテナから放射されたＲＦエネルギーの容量結合を抑制する手段を更に備える、請求項１記載のリアクタ。
【請求項２８】
前記アンテナと、前記真空チャンバ内部で発生されたプラズマとの間に配置されたファラデーシールドであって、前記シールドは、前記アンテナと前記プラズマとの間の容量結合を抑制する、前記ファラデーシールドを備える、請求項１記載のリアクタ。
【請求項２９】
前記シールドは：
導電膜のストリップを備え、前記ドーム形シールドの底部を形成するリングであって、前記アンテナの底部と前記プラズマとの間になるように位置決めされた、前記リングと；
複数の導電膜のストリップであって、個々のストリップが、その円周に沿って前記リングから垂直方向で周期的に突き出し、前記ドーム形シールドの頂部を形成する、前記導電膜のストリップと；
を備える、請求項２８記載のリアクタ。
【請求項３０】
前記リングから突き出ている複数の導電膜のストリップの各々は、およそ１ｃｍの幅を有し、前記リングの円周に沿う前記複数のストリップの各々の間の間隙は、およそ０．１ｃｍである、請求項２９記載のリアクタ。
【請求項３１】
前記真空チャンバは、前記アンテナの形状と一致するドーム形天井を備える、請求項１記載のリアクタ。
【請求項３２】
前記ドーム形天井は、耐熱性の内部層と冷却用の外部層とを備える、請求項３１記載のリアクタ。
【請求項３３】
前記耐熱性内部層は、石英を備え、前記冷却用外部層は、誘電的、熱的導電性材料を備える、請求項３１記載のリアクタ。
【請求項３４】
処理ガスを含む為に真空チャンバ内にウエハを保持する手段を含むプラズマリアクタであって：
イオンを備えるプラズマを発生するために、前記チャンバ内にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと；
２つの天井区域を備えるウエハの上にある天井であって、前記天井の頂部から減少する曲率半径を持ち、互いに円滑に接合され、それによって、ドーム形を天井に伝え、前記天井は、前記ウエハのエッジよりウエハ中心から遠く離れ、イオンの拡散の為に多くの容積を提供することにより、前記ウエハの中心にわたるプラズマ密度を高め、もって、ウエハ表面上のイオン密度の均一性を増す分布を提供する、前記天井と；
を備える、プラズマリアクタ。
【請求項３５】
前記天井は、前記真空チャンバの清掃中、ＲＦ電源にも接続可能である、請求項３４記載のプラズマリアクタ。
【請求項３６】
前記電極は、前記チャンバを清掃中、ＲＦ電源に接続可能である、請求項３５記載のリアクタ。
【請求項３７】
真空チャンバ内にウエハを保持する手段を含むＲＦ誘導結合プラズマリアクタであって、前記リアクタは：
前記チャンバに反応性ガスを導入する為の１以上のガス源と；
誘導結合によりプラズマを発生する為にＲＦエネルギーを前記チャンバ内に放射する能力があるアンテナであって、前記アンテナは、前記プラズマを少なくとも部分的に囲むドーム形部分と、前記ドーム形部分の下にある垂直円筒部分とを備える、前記アンテナと；
前記アンテナと、前記真空チャンバ内部に発生されたプラズマとの間に配置されたアースされたファラデーシールドであって、前記シールドは、前記アンテナと前記プラズマとの間の容量結合を抑制する、前記ファラデーシールドと；
を備える、リアクタ。
【請求項３８】
前記リングから突き出た複数の導電性ストリップの各々は、およそ１ｃｍの幅であり、前記円周に沿った複数のストリップの各々の間の間隙は、およそ０．１ｃｍである、請求項３７記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）及びスパッタエッチングプロセス（ｓｐｕｔｔｅｒ  ｅｔｃｈ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を実行する為のリアクアタに関し、特に前記両プロセスを同時に実行する為のリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
高アスペクトレシオ（即ちチャンネルの幅に対するチャンネルの深さの比が大きい、例えば２より大の場合）を持った小さい（０．５μｍ以下の）造作（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を有する集積回路構造上に薄い二酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ）膜をＣＶＤで形成すると、殆ど必ず、金属で描いた線（ｍｅｔａｌ  ｌｉｎｅｓ）の間に空所（ｖｏｉｄｓ）が形成される。図１（ａ）に示されるように、二本の金属で描いた線１４Ａ、１４Ｂを分離する非常に狭い（即ちアスペクト比が２より大の）チャンネル１２を有するデバイス上に誘電性の（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料１０を堆積する際、その誘電性の材料１０は比較的少ししかチャンネル１２の底に到達せず、空所１５を残す。これは、誘電性の材料１０が、金属で描いた線１４の垂直壁に沿ったどこよりも速く、金属で描いた線１４の角部１６に堆積されるからであり、このようにして堆積処理中にチャンネル１２の底を殆ど密閉してしまう。この問題を解決する一つの方法は、堆積中に、それと同時に誘電性の材料１０を角部からエッチングで取り除くことであり、これは表面に垂直に衝突するイオンを使用するＲＦスパッタエッチングプロセスを使うことによって行われる。このようにしてチャンネル１２が細くなるのを防止する。このプロセスは、アスペクト比が２より大のスペ−スに対して使用することができ、これは現在使用されている０．５μｍより小さい場合にはうまく行かない堆積とスパッタリングを順次行う方法とは異なる。
【０００３】
図１（ｂ）のグラフに図示されるように、ＲＦスパッタエッチングプロセスは、入ってくるイオンに関して４５度の角度を持った表面に対して最高エッチング速度を有する。イオンを、ウエハ表面に関して直角方向に衝突するように方向づけることによって、スパッタエッチングプロセスは、同時に行われる堆積プロセスによって形成される角度を持った表面（角部１６を覆うように形成される誘電体面のような）を急速にエッチングし、他の表面（即ち水平及び垂直な表面）をずっと遅い速さでエッチングする。このようにしてチャンネル１２の閉塞を防止し、図１（ａ）に示されるような空所１５の形成を防止する。このことにより、図１（ｃ）に図示されているように、側壁及び角部１６よりも、チャンネル１２の底及び線１４の上部表面に選択的に誘電性の材料が堆積することが可能になる。
【０００４】
以上述べたことを実行する為には、角部１６近傍のＲＦプラズマスパッタエッチングの速さは、堆積の速さと同程度でなければならない。半導体デバイスに電気的な損傷を与えることなく高いスピ−ド（生産処理量）でスパッタリングするという要件を充足する為には、高いプラズマ密度が要求される。そのようなスパッタエッチング速さを全ウエハ（８インチシリコンウエハのような）に渡って達成する為には、プラズマイオン密度は全ウエハに渡って十分に高く且つ一様でなければならない。そのような一様性は、殆ど完全にアルゴンイオンからなるプラズマを使って容易に達成することができる。しかしながら、ここで望まれているスパッタエッチングプロセスは、アルゴン以外の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）の存在を要するＣＶＤプロセスに付随するものであるということが思い出される。特に、誘電性の材料１０がＳｉＯ2 である、シラン（ＳｉＨ4 ）を使用するＣＶＤプロセスに於いては、十分な量の酸素が存在しなければならず、そこでは酸素はプラズマ内でイオン化される。酸素イオンは比較的寿命が短く、冷却（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）に対して非常に鋭敏である。ウエハの表面、特に現在よく使われている型の直径８インチのウエハの表面に渡って濃度の高い又非常に一様な分布を有する酸素イオンを得ることは非常に困難である。
【０００５】
プラズマは、電子サイクロトロン共振（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＥＣＲ））によって発生することができるのであるが、ＥＣＲ装置は、設計の複雑さ、サイズ及びコストの点から、限られた商業的な魅力しかない。更に、そのプラズマが発生される所はウエハから離れているので、ＥＣＲリアクタを直径８インチのウエハを収容することができるように大きくすることは困難であり、又複雑な磁場を同時に使用することを要する。
【０００６】
誘導結合プラズマをＣＶＤシステム内で高速スパッタエッチングに応用する技術の初期の形は、ヨ−ロッパで公開された出願第ＥＰ０，５２０，５１９Ａ１号に記載されている。その中で説明されているように、誘導結合プラズマが容量結合プラズマよりも優れている点は、より大きなプラズマ密度が存在していたとしても、誘導結合プラズマがウエハ上のずっと小さなバイアス電圧で発生されることである（ウエハへの損傷の可能性を低減する）。上で引用した特許出願に開示されている酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ）の堆積に於いては、シラン、殆どイオン化していないのであるが、はシリコンを供給し、気体状の酸素種（ｏｘｙｇｅｎ  ｓｐｅｃｉｅｓ）はＣＶＤによる二酸化珪素の形成の為に酸素を供給する。ウエハに隣接するシ−ス（ｓｈｅａｔｈ）を横切って加速されたアルゴンイオンは、スパッタエッチングの為に使用される。
【０００７】
図２は、ＣＶＤ真空チャンバ２０及び上で引用した出願に開示されている一般的な型の誘導結合プラズマを発生する為のＲＦアンテナ２２を示している。但しここでは、その特定のチャンバはシルクハット（ｔｏｐ−ｈａｔ）の形状を有している。そのＲＦアンテナ２２は、真空チャンバ２０の円筒形垂直側壁２４の周りのソレノイドとしてコイル状に巻かれた導線である。コイルアンテナに隣接したソ−ス（ｓｏｕｒｃｅ）チャンバ壁は、絶縁体であり、一方天井（ｃｅｉｌｉｎｇ）２６及びプロセスチャンバの壁は好ましくは接地されており、その平らな天井２６は接地された電極として機能する。
【０００８】
引用した出願の円筒形コイルは、コイルアンテ中のＲＦエネルギ−を誘導方位性電場（ｉｎｄｕｃｅｄ  ａｚｉｍｕｔｈａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）を経由して、プラズマ源領域（ｐｌａｓｍａ  ｓｏｕｒｃｅ  ｒｅｇｉｏｎ）に非共振的に結合する。自由空間（ｆｒｅｅ  ｓｐａｃｅ）の中であっても、電場はチャンバの中心においてゼロなる。プラズマが存在する時は、電場は更に急速にチャンバ壁から離れて減少する。電場は、プラズマ中に存在する電子を加速し、それは更に原子をイオン化し、あるいは分子を原子（ａｔｏｍｓ）又は遊離基  （ｒａｄｉｃａｌｓ）に分解する。その結合は、プラズマ共振に同調（ｔｕｎｅｄ）しないので、その結合は周波数、圧力や局所的な幾何学的形状に左右されることはずっと少ない。プラズマソ−ス領域は、ウエハから空間を持って離された形に設計されており、そのソ−ス領域で発生された遊離基あるいはイオン及び原子はウエハに拡散する。
【０００９】
上で引用した出願のチャンバは第一に、比較的低いチャンバ圧力においてエッチングをするように設計されており、そこに於いては電子はセンチメ−タオ−ダの平均自由工程（ｍｅａｎ  ｆｒｅｅ  ｐａｔｈｓ）を有している。それ故、電子は、第一にはチャンバ壁に近い所で発生するのであるが、中心に向かって拡散し、ソ−ス領域の直径全体に渡ってプラズマを均質化する傾向があると信じられる。結果として、イオン及び原子或いは遊離基のウエハに対する拡散は、ウエハに渡って比較的一様になる傾向がある。
【００１０】
上で引用した出願のリアクタは、それがＣＶＤ堆積及びスパッタエッチングの為に使用される時には、特に酸素を伴う場合には、問題があると信じられる。ＣＶＤに対しては、そのチャンバ圧力は少々高い傾向があり、電子の平均自由工程を低減し、プラズマ密度の一様性を欠く結果となっており、そのピ−ク密度をプラズマの外側環状帯（ｏｕｔｅｒ  ａｎｎｕｌｕｓ）に生じさせている。更に、酸素イオンあるいは遊離基は多くの再結合工程（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｐａｔｈｓ）をたどりやすく、それ故それらの拡散長さは比較的限られる。そのようにして、ウエハの中心は、ウエハの縁部よりもプラズマソ−ス領域から遠く、また図３のイオン密度の実線カ−ブに示されているように、酸素イオン及び遊離基の密度は、ウエハの縁部に於けるよりもウエハ２８の中心近くで低くなっている。ウエハ中心付近では酸素イオンが不足している為、ＣＶＤ堆積速さに比べてスパッタエッチング速さが低くなっており、その為ウエハ中心付近のチャンネルあるいは空間（例えば図１（ａ）のチャンネル１２）には、図１（ａ）に示されるように空所１５が形成されるようになる。一方ウエハの周辺（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）近くの空間は、スパッタリング速さと堆積速さとの間の比は望ましいものとなっている。
【００１１】
可能な解決方法の一つは、天井２６の高さを高くすること及びウエハの上方にあるアンテナ２２の軸方向高さを増やすことである。（アルゴンのみについて言えば、このより高いソ−スに対するイオン分布は図３の破線カ−ブに従えば、実質的には一様となっている。）しかしながらそのように高さを増加させることは実際的ではない。というのは容積を大きくすればする程、システムの清掃が困難になるからである。もう一つのとり得る解決方法は、そのソ−ス領域を非常に低い圧力（１ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）よりも低い）で運転することであり、そこでは酸素イオン密度は極めて一様となっており、イオン分布は、ウエハと上部電極との間の距離に左右されるのであるが、それ程厳しい問題とはならない。しかしながら、そのような高真空を維持する為には非現実的に大きいサイズのポンプを必要とし、それ故商業的に実行可能とする為には、１と３０ミリト−ルの間の比較的低い真空（より高い圧力）が必要である。
【００１２】
それらの問題の幾つかは、米国特許第４，９４８，４５８号の中でオグル（Ｏｇｌｅ）によって、平坦な誘電体チャンバ頂部の上に置かれた平面状のスパイラルコイルアンテナを使用することによって対処されている。これはパンケ−キ  （ｐａｎｃａｋｅ）コイルと呼ばれることがある。そのような設計は、チャンバの頂部に隣接した一様なプラズマソ−ス領域を創り出し、そのようにしてウエハに対して一様なイオン及び遊離基の拡散を提供すると主張されている。
【００１３】
しかしながらそのパンケ−キコイルには欠点があると信じられる。その平面状の形態は、チャンバ内へのＲＦパワ−結合の重要な部分が容量結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）であるということ、即ち、それは誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）の場合のようにアンテナに流れる電流によって誘導される電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ）よりもむしろアンテナ構造の中にたまった電荷によって作られた電場を用いているということを暗示している。容量結合は一般的に、非常に高い電場を創り出し、それは次に半導体リアクタの中に有害な高エネルギ−電子を創り出す。これと対照的に、上で引用したコリンズ他の出願の誘導主体の結合は、より低い電場及びより低い電子エネルギ−を生み出す。
【００１４】
従って、毎分１０００オングストロ−ムのオ−ダ−で、一様な酸素スパッタリングあるいはエッチング速さを維持する為に、大きい（８インチ）ウエハに渡って、１と３０ミリト−ルの間で、高密度誘導結合プラズマ内において酸素イオンを一様に分布させる必要がある。別の問題は、真空チャンバ２０の側壁にあるガス出口３０から放出されるシランが、ウエハ２８の方向に向かうだけでなく全ての方向に等しく拡散してしまうことである。シラン及び酸素ガスはお互いに任意に反応するので、又チャンバの壁は、（特に比較的半径の大きいウエハにとっては）ウエハ２８の殆どの部分よりもガス出口３０に近いので、真空チャンバ２０の内部表面全体に対するＳｉＯ2 の堆積の方が、ウエハ２８への堆積よりも大きくなる。このことは、リアクタは定期的に生産活動から外し、ＳｉＯ2 のコ−ティングを内部表面から除去しなければならいという事を意味しており、これは大変な損失である。
【００１５】
このようにして、チャンバの内面へのＣＶＤ残留物（例えばＳｉＯ2 ）の堆積が少なく又それ故に頻繁な清掃も要しないリアクタが必要とされている。
【００１６】
【課題を解決する為の手段と作用】
本発明は、一局面に従えば、ウエハを処理する為の真空チャンバと、そのチャンバ中に反応性ガスを導入する為の１以上のガス源と、そのチャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生する為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−を放射する能力があり、且つ二次元的に湾曲した面内に置かれているアンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアクタに具体化されている。
【００１７】
本発明は、別の局面に従えば、ウエハ処理の為の真空チャンバと、チャンバの中でウエハの上にある部分内でプラズマを発生する為にチャンバ内にＲＦエネルギ−を放射する能力のあるアンテナと、チャンバ内のウエハの上にある部分に向けて超音速で反応性のガスを噴霧する為の装置とを含むプラズマリアクタに具体化されている。
【００１８】
本発明は、更に別の局面に従えば、ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバ内でウエハの上にある部分内でプラズマを発生する為にＲＦエネルギ−をチャンバ内に放射する能力のあるアンテナと、真空チャンバの真空封じ込め壁に熱的に結合され且つ少なくとも殆どウエハの縁部の上にあるガス分配入口オリフィスを有するそれぞれのノズル先端部を持って当該ウエハに向かって延びている複数の伸延スプレ−ノズルを備えたプラズマリアクタに具体化されている。
【００１９】
本発明は、更にもう一つの局面に従えば、ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、そのチャンバの内側にあり、そのチャンバの中で前記ウエハの上にある部分内に反応性ガスを噴霧するためのものであり、前記ウエハに関して対称に配設され、該ウエハの縁の輪郭に沿っており、該ウエハの実質的部分の上に存在することがないようになっている、閉じたチューブとを備えており、その閉じたチューブが、その中に、前記ウエハの上にある前記真空チャンバの内部部分に対向している複数のスプレー開口を有するプラズマリアクタに具体化されている。
【００２０】
本発明は、更にもう一つの局面に従えば、ウエハ処理用の真空チャンバと、そのチャンバの中で前記ウエハの上にある部分内にプラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、前記チャンバの中で前記ウエハの上にある前記部分内に反応性を噴霧するための平面スプレーシャワーヘッド（ｐｌａｎａｒ  ｓｐｒａｙ  ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）とを備え、該平面スプレーシャワーヘッドが前記真空チャンバの中の前記ウエハの上方の  （ｏｖｅｒ）内部部分の上にあり（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）、且つ前記ウエハに対向する複数のスプレーノズル開口を有し、さらに前記複数のノズル開口の隣接する開口の間であって、前記平面スプレーノズルの内部部分にある複数の磁石とを備え、該複数の磁石が前記スプレーノズル開口からイオンをはね返すような方向に向けられている、プラズマリアクタに具体化されている。
【００２１】
本発明は、更にもう一つの局面に従えば、ウエハ処理用の真空チャンバと、プラズマを発生するために、該チャンバ中にＲＦエネルギーを放射する能力があるアンテナと、前記ウエハの上にあり、且つ電位に接続可能である、ドーム形の導電性の電極とを備える、プラズマリアクタに具体化されている。
【００２２】
本発明は、更に別の局面に従えば、片側にドーム形のアンテナを有し、又処理すべき（ｔｏ  ｂｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）被加工物を保持する、真空プロセスチャンバを用意する工程と、前記プロセスチャンバ中に、陰電性の（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）ガスを含むプロセスガスを供給する工程と、ＲＦ電気信号を前記アンテナに共振的に（ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）結合する工程と、
前記アンテナからの電磁エネルギーを、前記プロセスガスから前記プロセスチャンバ内に形成されたプラズマ中に、非共振的（ｎｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ）且つ誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合する工程であって、それによって前記被加工物が前記プラズマによって処理される工程とを含む、プラズマプロセスに具体化されている。
【００２３】
【実施例】
図４に示すように、改良された誘導結合プラズマＣＶＤリアクタの第一の実施例は、シランガスを、ウエハ４０上により多くそして真空チャンバの内壁４２、４３、４４の上にはより少なく集中する。これは、ウエハに並行に又実質的に全ウエハ直径に渡って広がっており、又真空チャンバの天井４４にある開口部に配設されたシャワ−ヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）４８によって、ウエハ表面４６の上方に直接又それに近づけて（約２インチ即ち５センチ以内に）、シランガスを放出することによって行われる。この図示された実施例に於いては、壁４２は誘電性材料であり、一方壁４３及び天井４４は、導電性（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）材料である。図２の装置におけるように、チャンバ壁４３、４４は電気的に接地されている。シャワ−ヘッド４８の上方からウエハ４６の下方まで延びたコイル状に巻かれたＲＦアンテナ４９は、誘電性の壁４２を通して、誘導結合によってチャンバ内でプラズマを発生する。
【００２４】
シャワ−ヘッド４８は、ウエハ４０に並行であり、又多くの細い垂直な噴霧貫通穴５１を有する平坦な円形底壁５０から成っている。シャワ−ヘッド４８は、チャンバの天井４４の頂部に載った円形肩部５４を有する円筒形壁５２と一体的に形成されている。円形の中間壁５６は、底壁５０の噴霧穴（ｓｐｒａｙ  ｏｐｅｎｉｎｇｓ）５１と横方向に食い違った（ｌａｔｅｒａｌｌｙ  ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）細い垂直噴霧貫通穴５８を有する。噴霧チャンバ６０は、円形の底壁と中間壁と円筒形の側壁５２の間に形成されている。ノズルの平坦な円形頂部壁６２は、中間壁５６と側壁５２と共にマニホ−ルド６４を画成している。一対の外部ガス入口６６、６８は、頂部壁６２を通してマニホ−ルド６４の中に延びている混合マニホ−ルド７４につながっている。二酸化珪素ＣＶＤの為に、シランと酸素が別々の管を通してチャンバ内に供給される。プラズマを底部ノズル壁５０の表面から離して閉じ込める為に、一式の不連続な磁石７２が、（よく知られているプラズマ閉じ込め技術に従って）底部ノズル壁５０の全上表面に渡って配置されている。それらの磁場線（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｌｉｎｅｓ）は図４に示すようなフィ−ルドライン（ｆｉｅｌｄ  ｌｉｎｅ）７２Ａに対応している。
【００２５】
天井４４上のチャンバの上表面及びノズル円筒形側壁５２の外表面には絶縁７３を施してもよい。
【００２６】
ウエハ４０は、ノズルの底壁５０の約２インチ（５センチメ−タ）以内に、ＲＦ電極７４（上で引用した譲受人共通の出願に開示された型の）によって支えられている。この特徴により、入ってくるガスを確実に選択的にウエハ４０の方に分配することが出来、そのことによりＣＶＤリアクタとしての優れた性能を保証することができる。
【００２７】
図４のリアクタによって行われるＲＦスパッタリングは、プラズマが周辺環状領域７６に集中してしまうという傾向を持っており、ウエハ４０の中心にはプラズマが少なくなるという問題がある。このことにより、ウエハの中心部においてはＲＦスパッタエッチングの速さが低くなる。したがって、図４のリアクタはＣＶＤを非常に有利に実行する一方、エッチングと堆積を同程度の速さをもって同じＣＶＤスパッタエッチプロセスを実行するには有用ではないし、又酸素化学  （ｏｘｙｇｅｎ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を使ってスパッタエッチングプロセスを実行する為にもあまり有用ではない。しかしながら、この実施例はウエハ表面上のプラズマ（イオン）密度の一様性にある程度の妥協が許されるような場合には、誘導結合あるいは誘導的に励起されるＣＶＤ堆積プロセスにとって有用である。
【００２８】
プラズマの周辺環状領域７６への集中の問題を解決する為の一つの手法は、図５に図示されているように天井４４を約４インチ（１０センチメ−タ）あるいはそれ以上高くすることである。これはプラズマ分布の一様性を改善はするが、チャンバの容量及びウエハまでの拡散距離を増加させるので、小容量チャンバの利点を殺してしまう。したがって、このアプロ−チによって更に得られるものは何もないであろう。
【００２９】
高い（１−３０ミリト−ル）真空に於ける酸素イオンの非一様な分布の一見手に負えない問題は、図６の実施例によって解決される。その解決方法は、コイル及びチャンバ壁に隣接した全体のプラズマソ−ス領域からウエハの全ての部分がより等距離になるような態様で、ウエハの上方のコイルに巻かれたＲＦアンテナを形成することである。結果として、イオン状及び原子状の酸素の流れがウエハ全体に渡って更に一様となり、その為角部１６（図１（ａ））の上のエッチング速さがウエハ全体に渡って一様になる。図６に示されるように、このことは、ウエハ８２の上にあり且つウエハに関して中心に置かれたド−ム形状にコイルアンテ８０を形成し、同時に真空チャンバそれ自身の天井８４を同様なド−ム形状に形成しそれがアンテナ８０を支えることが出来るようにすることによって達成される。前と同様に、アンテナ８０はコイル状に巻かれた導線である。
【００３０】
図６のコイル状に巻かれたアンテナ８０とド−ム形状の天井８４によって促進される利点は、イオンが最高に集中している天井８４に隣接した領域が、ウエハ８２の表面部分上方に広がっており、そのためウエハ中心への行程長さ（ｐａｔｈ  ｌｅｎｇｔｈ）を低減し、それによってウエハ中心に於ける酸素イオン密度を増加することである。対照的に、図２の装置に於いては、イオンが最高に集中している領域は一般的に垂直に広がっており、それ故ウエハのどの部分の上にも存在しているというわけではなく、又ウエハの縁部にのみ最も近くなっている。
【００３１】
誘導結合を助ける為に、ド−ム形状のコイル巻きされたアンテナ８０はまっすぐな垂直円筒形部分８０Ａを含む。ここでその円筒部分は、図２の単純（ｓｉｍｐｌｅ）垂直ソレノイドアンテナコイル２２に対応しており、誘導結合プラズマと関連した、図２の磁場線２５のような閉じた磁場線を提供している。ド−ム形状のコイル巻きされたアンテナ８０の湾曲した部分８０Ｂは、上で説明したような特徴に従って、最高イオン密度の領域をウエハ中心に近い所に持って行く。湾曲した部分８０Ｂは、好ましくは円筒形部分８０Ａの直径の２０％より大きい軸方向長さを有する。例えば、好ましい実施例に於いては、コイル状に巻かれたアンテナ８０の全体的縦方向長さは約９センチメ−タであり、それはコイル直径あるいは円筒形部分８０Ａの直径の２０％より大きい。
【００３２】
アンテナ８０を水平面に投影すると、中心に空所を有する渦巻になっている。その中心部の空所は、好ましくは、約１４インチ（３５ｃｍ）よりも僅かに小さい直径を有するチャンバの中の８インチのウエハに対しては、２から８インチ  （５０から２００ｍｍ）の直径ｄを有する。即ち、その空所は好ましくはウエハ直径の２５％から１００％である。この空所は、磁場が漏斗状に狭まりそこを通り抜けるのを可能にし、容量結合を抑制するのに好ましいものであり、又ＲＦエネルギ−のプラズマへの誘導結合を促進し、それにより低い電子エネルギ−及び誘導結合プラズマの高いプラズマイオン密度特性を維持する。
【００３３】
コイル状に巻かれたアンテナ８０の二つの部分８０Ａ、８０Ｂの各々における巻線数は、コイル巻線の間隔、ド−ム天井８４の形状（その垂直部分の高さＨｖを含む）及び空所の直径ｄによって定まる。好ましいコイル間隔は、１／４インチと３／８インチ（０．６３ｃｍと０．９４ｃｍ）の間の値である。又は、コイル間隔は、導線幅のオ−ダ又はそれより小さくてもよい。空所の直径ｄは、前節で定めたように、ウエハ直径の２５％と１００％との間にある。現在使用されているド−ム形天井８４の滑らかな凸形状は、ゼネラルエレクトリック（ＧＥ）社の溶かされた石英るつぼ（ｃｒｕｃｉｂｌｅ）５１０型、ゼネラルエレクトリック部品番号１４１１１Ｆ、のド−ム形の床（ｄｏｍｅ−ｓｈａｐｅｄ  ｆｌｏｏｒ）の使用によって定まる。ここで石英天井層８４Ａの主ド−ム半径Ｒ1 は１５インチ（３７．５ｃｍ）、コ−ナ−半径Ｒ2 は３５インチ（８．７５ｃｍ）、外側直径は１４インチ（３５ｃｍ）である。ＧＥるつぼの長い垂直円筒形部分の殆どは除去され、約１／４インチ（０．６３ｃｍ）の短くされた垂直高さＨｖを残す。ウエハの表面とド−ム状の天井８４の底（外側縁部）との間の距離は約１．５インチ（３．７５ｃｍ）であり、一方ウエハの表面とド−ム形天井の頂部（頂点）との間の距離は４．９インチ（１２．２５ｃｍ）である。好ましくは、ウエハ高さはアンテナ８０の一番下のコイルよりも下に置く。
【００３４】
熟練者はウエハのサイズとド−ムの高さが与えられれば、ウエハ表面全体に渡ってＲＦエネルギ−の最高の一様性を得るのに望ましいように、コイル状に巻かれたアンテナ８０のド−ム形状あるいは球面形状を調整することができ、そのようにして本発明は異なるド−ム形状をもって実行することが出来る。一般に、ド−ム形状は回転シェル形状を持っており、その形状は外部の大気圧によって引き起こされる機械的な応力に耐えるド−ムの能力を最大にする。この形状は、真空と大気との間に最大の機械的強度を提供する。以上説明した形状は、半径が異なる複数の区画を有する形状を持った特別な場合であり、ここでその複数の区画は滑らかに接合している、即ち区画間の接合部及び円筒部分との接合部において当初導関数（ｆｉｒｓｔ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）が等しい。実際に、その曲率はド−ムの頂部から円筒部にまで連続的に増加してもよい。その他の滑らかに変化する形状を使うことができるが、円錐形状は不利である。何故ならば機械強度が小さいし、円筒部分との角張った接合部において電磁場が歪むからである。
【００３５】
ド−ムの高さはウエハの直径の半分よりも大きく又その二倍よりも大きくないのが好ましく、又ウエハ直径にほぼ等しいのが好ましい。熟練者はウエハ表面全体に渡ってＲＦエネルギ−の一様性を得る為に、ド−ム状の高さ或いは位置の関数として、コイル状に巻かれたアンテナ８０の隣合った導線間の最適な間隔（上で開示したものとは異なる）を容易に定めることができる。上で引用した特許出願に開示されているように、アンテナ８０の導線長さは、プラズマを発生する為に使用されるＲＦ信号の波長の１／４である。ここで好ましい実施例に於いては、アンテナ導線の長さは約７から１１フィ−ト（２．１ｍから３．４ｍ）である。１９９２年１１月１２日にコリンズ（Ｃｏｌｌｉｎｓ）他によって出願され本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０７／９７５，３５５号に開示された型のＲＦ発生及び同調回路がアンテナ８０に接続され、所望のＲＦ周波数に従ってアンテナのインピ−ダンスを調整する為に使用することができる。
【００３６】
図６の実施例の詳細構造は殆ど、上で引用した特許出願の開示に対応している。この好ましい実施例に於いては、内部層８４Ａは上で説明したＧＥ石英るつぼであり、それはチャンバ内側の高いプラズマ温度に耐えることができる。外部の冷却層８４Ｂ（コイルアンテナ８０を含む）は、アルミナのような誘電性の温度伝導性のある材料から成っている。勿論他の材料特に誘電材料で置き換えてもよい。
【００３７】
容量結合を抑制する為に、図７に示されるような「イ−スタ−の卵」形状を有する接地されたファラデ−（Ｆａｒａｄａｙ）シ−ルド８５を、広く知られた技術に従って、アンテナ８０とプラズマとの間にあるド−ム層８４Ａ、８４Ｂの間に置いてもよい。そのファラデ−シ−ルドはこのようにして、天井８４とアンテナ８０のド−ム形状に適合するようになっており、直径ｄの空所を含んでいる。シ−ルド８５内のア−チ形を成す細片である各導電性の膜の幅Ｗは約１ｃｍであり、それらの間の間隔Ｓは約０．１ｃｍである。図に示されるように、その細片は底部において一つのリングによって接合されているがその頂部に於いては浮動している。ウエハ８２を支えているＲＦバイアス電極７４はＲＦ電源９０に接続されており、一方円錐形でらせん形のアンテナ８０の一端はＲＦ電源９２に接続されている。チャンバの側壁１０２はア−ス（ｇｒｏｕｎｄ）に接続されている。テストされた実施例においては、ＲＦ電源９０及び９２は１．８ＭＨｚ及び２．０ＭＨｚの周波数を有していたが、１３．５６ＭＨｚの産業標準周波数（ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を使用することが期待される。ｋＨｚからＭＨｚの範囲の他の周波数も又使用することができる。しかしながら、２０ＭＨｚより高い周波数は欠陥をもたらすことが観察されているし、４００ｋＨｚより低い周波数ではプラズマが衝突しにくくなる。ＲＦ電源９２からアンテナ８０に印加されるＲＦパワ−は、１０００から３０００ワットの範囲にあるのが好ましく、一方ＲＦ電源９０からバイアス電極に印加されるＲＦパワ−は５００から２０００ワットの範囲にある。冷却ジャケット９４を通して冷却剤が供給される。
【００３８】
ガス（シラン（ｓｉｌａｎｅ））をウエハ８０の上により多くそしてチャンバ壁の上により少なく集中させるという問題は、図６の実施例にあるように、真空チャンバの側壁１０２中のガスマニホ−ルド１００に接続された入口チュ−ブ９８からガス（例えばシラン）を供給されるガスリングマニホ−ルド（ｇａｓ  ｒｉｎｇ  ｍａｎｉｆｏｌｄ）９６によって解決される。そのリングはウエハ８０の周辺を囲んでいるが、ウエハ８０の上に位置して（ｏｖｅｒｌｉｅ）はいない。リングマニホ−ルド９６の利点は、チャンバの内部に向かって開口している無数のスプレ−穴１０４があることであり、その開口はウエハ８０の上方のプラズマを妨げることなくウエハ８０の非常に近くにシランガスを放出する。
【００３９】
しかしながらこのリングマニホ−ルド９６はプラズマ上に、少なくともウエハ周辺近傍において、ある有害な効果を有しており、又加熱されやすい。リングマニホ−ルド９６の加熱は、その中を流れるシランガスの崩壊から生じるその内部に生じる非晶質シリコン残留物の形成による破損を起こしやすくする。マニホ−ルド９６は、高いＲＦパワ−レベルに於いて５００℃もの高温に達し得る。
【００４０】
この加熱の問題は図８の好ましい実施例に於いて解決されており、その実施例は少なくとも４個の（及び８或いは１２或いはもっと多くの）円周方向に周期的に間隔を置いて設けられた半径方向内側に向けられたガス供給ノズル１０６を使用しており、その各々は円筒形チャンバ側壁１０２を貫通してその中のガスマニホ−ルド１００に接続されている。その利点は、チャンバ壁１０２がノズル１０６に対してヒ−トシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）となっていることであり、その外表面は冷たい外部環境に面しており、ノズル１０６を十分低い温度に保持し、その温度でシランが崩壊し非晶質シリコンを形成するようになっている。図８の実施例のもう一つの利点は、そのノズルがプラズマに対し、図６のリングマニホ−ルド９６よりもずっと小さな断面を提供し、それ故プラズマ密度の損失が少ししか起らないということである。上で引用した特許出願に開示された型のガス分配装置は、真空チャンバに酸素、アルゴン或いは他のガスを導入するのに十分であるのに対し、上記ノズル１０６はシランを導入する。
【００４１】
プラズマとウエハとの間のインピ−ダンスを最小限にする為に、図８のノズル１０６は、図６のリングマニホ−ルド９６と同様に、ウエハ８０に近くしかしその上には行かないにように延びている。
【００４２】
更にウエハ８０に向けたシランガスの好ましい分配は、ノズル１０６の出口ポ−トを通して超音速ガス流れを維持することによって達成される。これは、非常に小さい（好ましくは１０ミル（ｍｉｌｓ）オ−ダ−の）ノズルオリフィスを使用することによって、又与えられたガス流れと与えられたノズル数に対して、ノズル１０６の内側と外側との間の差圧を大きく維持することによって達成される。図示のように、そのノズル先端部は半径方向内方に急なテ−パ−を付けられた内側部分と半径方向外方に緩いテ−パ−を付けられた外側部分とを有する。オリフィスの内側のサファイアのスリ−ブにより、詰まり（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）を防止している。
【００４３】
そのような差圧は、ノズルオリフィスに関して、チャンバ内に維持されている真空によって認識される。典型的には、全ノズルを通した全流量は、３０から１２０ｓｃｃｓ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）の範囲内にある。このような超音速ガス流れは、（図９に示されるように）ウエハ外周から内向きの、好ましくは数（ａ  ｆｅｗ）センチメ−タだけ内側にあるマッハ（Ｍａｃｈ）ディスク１１０によって特徴づけられている。マッハディスク１１０は想像上の（ｉｍａｇｉｎａｒｙ）境界であり、シランはその後に戻ってノズル１０６に直接向かうように拡散はしない。その結果は、シランガスの拡散の有効中心１１２が、ノズルの先端部よりもむしろウエハの周辺から内側に数（ｓｅｖｅｒａｌ）センチメ−タ（一実施例では約３ｃｍ）のところにあることであり、これは重要な利点である。チャンバ内の真空圧が約３０ミリト−ル（ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）より低いならば、拡散中心１１２からのシランの分布はウエハ表面に渡って一様である。
【００４４】
超音速ガス流れは又、ガスマニホ−ルド９６の内側と真空チャンバの内側との間に十分な差圧を維持するという同じ工程によって、図６のリングマニホ−ルド９６内でも達成することができる。そのような超音速ガス流れによれば、リングマニホ−ルド９６は熱誘導型プラズマに近くならないようにリングマニホ−ルド９６を拡大してもよい。
【００４５】
好ましいノズル１０６の側断面図が図９に示されている。ノズル先端部の形状は、そのノズル自身への堆積を最小限にする為に重要である。８インチウエハ表面に渡って堆積及びスパッタエッチング速さの３％均一性を達成する為に、好ましくは８個より多い周期的に配置されたノズル１０６が図８の実施例に於いて使用されている。
【００４６】
どのようなＣＶＤ薄膜堆積に於いても、図６及び図８の実施例のプラズマリアクタが役に立つ。上に述べたようなノズルガス分配は、シランのような反応性の高い化学先駆種（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｓｐｅｃｉｅｓ）を使って行う膜のどのような堆積に対しても特に有用である。このリアクタは、二酸化珪素以外の、例えばダイヤモンドのような、膜に対して使用することができる。更に高誘電定数（ｈｉｇｈ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する材料の堆積が、この実施例によって同様に実行することができる。
【００４７】
図１０は、シランノズルがどのようにして、前に図４と関係づけて説明したような円筒形アンテナ設計と組合せることができるかを示している。図２、図４及び図５の実施例にあるように、図１０の実施例にあるチャンバ壁は、金属製の天井４４も含めて、電気的に接地されている。本発明のノズルは、ＲＦ及びＤＣ容量結合リアクタを含む如何なるプラズマリアクタに於いても有利に使用することができる。
【００４８】
図１０の実施例は、図１０の平坦な導電性天井４４を図１１に示されるようなド−ム形状の導電性天井１１６と置き換えることによって改善することができる。図１１のド−ム形状の導電性天井１１６の形状は一般的に、図６及び図８の好ましい実施例のド−ム形状の誘電性の天井に対応しており、ウエハ中心上のイオン濃度を更に一様に分布させる際に同様な利益を提供する。特に、ド−ム形状の導電性天井１１６は、プラズマに対して電気的接地基準面（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｇｒｏｕｎｄ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌａｎｅ）を提供し、それはスパッタエッチング速さを高める。ド−ム形の天井１１６によって提供される接地面は、ウエハ縁部に於けるよりもウエハ中心部に於いてウエハ表面からより離れており、イオン拡散が非均一性をならすようにより多くの容積を提供することによってウエハ中心近傍のイオン密度を高めており、それによりウエハ表面上のイオン密度の均一性を増している。好ましくは、図１１のド−ム形導電性天井１１６は１０．４２インチ（２６．０５ｃｍ）の主半径Ｒ1 を有し、１２．２５インチ（３０．６ｃｍ）の水平方向直径Ｄを有する。ド−ム型天井１１６は、垂直真空チャンバ壁１１４の上に載っている肩部１１６Ａによって支えられており、このことによりド−ム形天井１１６の頂部は、図６の実施例と同様に、ウエハの上方約５インチ（１２．５ｃｍ）まで立ち上がっている。図１０の実施例に於けるように、ド−ム形導電性天井１１６は電気的に接地されている。図１１の実施例の一つの利点は、図６及び図８の実施例で得られた均一性と同様な均一性をウエハ表面に渡って有するスパッタエッチングプロセスが、図４及び図５の実施例で使用されている円筒形ＲＦアンテナコイル形態を用いることによって得ることができることである。
【００４９】
図１１の実施例の付加的利益は、導電性の天井１１６がＲＦ電源１１８に接続でき、またスイッチ１２０によってア−スから切り離すことができ、従来からあるフッ素エッチング清掃プロセスを使って真空チャンバの清掃を容易に行うことができるようになることである。イン・シチュー・チャンバ清掃（ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｃｈａｍｂｅｒ  ｃｌｅａｎ）の間、バイアスＲＦ場により導電性の天井１１６に動力を供給することにより、チャンバ壁及び天井１１６から汚染物質を除去する際の清掃プロセスの清掃速さ及び効率が高まる。
【００５０】
図６及び図１１の実施例の特徴は、図１２に図示されているように有利に組合せることができる。頂部の中央ド−ム形電極１２２がスパイラルアンテナ８０の中央の空所の中に置かれている。それはスパイラルアンテナ８０から電気的に絶縁されており、天井８４の誘電層８４Ａ、８４Ｂの間に保持されている。その頂部電極１２２は、それをＲＦ電源に接続すると、チャンバの清掃の為に有利に使うことができる。清掃電極としての操作の為には、それは台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）の直径よりも小さい直径とすべきである。通常のＣＶＤ操作の間、頂部電極１２２は浮動状態にして置くことができ、接地することができ、或いはそうでなければ電気的にコントロ−ルすることができる。
【００５１】
本発明の好ましい実施例は、酸素イオンのような陰電性（ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｅ）のイオンを使ったスパッタエッチングに関して以上説明したが、フッ素のような他の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を使ってもよい。塩素がスパッタエッチングの為に使われる時には、チャンバ壁用として、塩素イオンからの損傷を避ける為に、アルミニウム以外の材料を代わりに使うことができる。
【００５２】
本発明は誘導結合ＲＦプラズマを使ったＣＶＤプロセス及び酸素スパッタリングに対して特に有用であるが、それに限らない。このド−ム形コイルは、エッチングプロセスに応用することができ、又例えばハロゲンを含んだフロロカ−ボン（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ）のような他のプロセスガスを使ったプロセスに応用することができる。本発明のノズルは、ＣＶＤであろうがエッチングであろうが或いは物理蒸着であろうが如何なる型のプラズマプロセスチャンバにも応用することができる。
【００５３】
ここまで本発明は、特に好ましい実施例に関して詳細に説明したが、その変形や変更が、本発明の真の精神及び範囲から離れることなく作ることができることを理解すべきである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、ウエハを処理する為の真空チャンバと、そのチャンバ中に反応性ガスを導入する為の１以上のガス源と、そのチャンバ内で誘導結合によりプラズマを発生する為にそのチャンバ中にＲＦエネルギ−を放射する能力があり、且つ二次元的に湾曲した面内に置かれているアンテナとを備える、ＲＦ誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）プラズマリアクタを提供し、スパッタリングと堆積の速さを適切な比率にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、比較的高いアスペクト比を有する超小型電子技術の造作に材料を堆積する際に遭遇する問題を図に示した単純化された線図であり、（ｂ）は、表面角度のスパッタエッチング速さに与える影響を図示したグラフであり、（ｃ）は、図１（ａ）に対応する単純化した線図であり、ＣＶＤとスパッタエッチングプロセスを同時に使うことによって達成される望ましい堆積パタ−ンを示した図である。
【図２】関連した出願に開示されたＣＶＤ−ＲＦプラズマエッチング装置の単純化した線図である。
【図３】図２の装置の特性であり、ウエハ中心からの距離がアルゴン及び酸素に対するイオン密度に与える影響を図示したグラフである。
【図４】シャワ−ヘッドガス分配装置を使用した本発明の第一の実施例の断面立面図である。
【図５】シャワ−ヘッドガス分配装置を使用した本発明の第二の実施例の断面立面図である。
【図６】オ−バ−ヘッドド−ム形ＲＦアンテナ及びリングガス分配装置を使用した本発明の第三の実施例の断面立面図である。
【図７】図６の実施例のド−ム形天井の部分に対応し、その中に使用するのが好ましいファラデ−シ−ルドを図示した斜視図である。
【図８】オ−バ−ヘッドド−ム形ＲＦアンテナ及び多数ノズルガス分配装置を使用した本発明の第四の実施例の断面立面図である。
【図９】図７の実施例で使用される好ましいノズル形状の断面側面図である。
【図１０】円筒形アンテナ、平坦天井及び多数ノズルガス分配装置を使用した本発明の第五の実施例の断面立面図である。
【図１１】円筒形アンテナ、多数ノズルガス分配装置及びド−ム形導電性天井を使用した本発明の第六の実施例の断面立面図である。
【図１２】図６及び図１１の実施例の特徴の組合せに対応する本発明の第七の実施例の断面立面図である。
【符号の説明】
１０…誘電性材料、１２…チャンネル、１４…金属で描いた線、１５…空所、１６…角部、２０…真空チャンバ、２２…ＲＦアンテナ、２４…円筒垂直側壁、２６…天井、２８…ウエハ、３０…ガス出口、４０…ウエハ、４２、４３…チャンバ内壁、４４…天井、４６…ウエハ、４８…シャワーヘッド、４９…ＲＦアンテナ、５０…円形底壁、５１…噴霧穴、５２…円筒形壁、５４…円形肩部、５６…中間壁、６２…円形頂部壁、６４…マニホールド、６６、６８…外部ガス入口、７２…磁石、７４…ＲＦ電極、７６…周辺環状領域、８０…アンテナ、８２…ウエハ、８４…ドーム天井、８５…シールド、９０、９２…ＲＦ電源、９６…リングマニホールド、１００…ガスマニホールド、１０２…チャンバ側壁、１０４…スプレー穴、１０６…ノズル、１１０…マッハディスク、１１２…拡散の有効中心、１１６…天井、１１８…ＲＦ電源、１２０…スイッチ、１２２…頂部電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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