(57)【要約】  本発明に従ったプラズマ装置は、真空排気可能なチャンバーと、チャンバー内に配置された第１の電極と、第１の電極上に離れて設けられたマグネットを具備する磁石機構と、第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、第１の電極と磁石機構との間又は第１の電極と第２の電極との間の少なくとも一方に設けられた磁気遮蔽部材とを備えたことを特徴とする。
2009078094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能なチャンバーと、該チャンバー内に配置された、第１の電極と、該第１の電極上方に離れて設けられたマグネットを具備する磁石機構と、前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記磁石機構との間又は前記第１の電極と第２の電極との間の少なくとも一方に設けられた磁気遮蔽部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
前記磁気遮蔽部材は、前記磁石機構で形成される磁場が前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成されないような高透磁率の材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記磁石機構のマグネットは、前記第１の電極の上方に配置されており、
さらに、
前記第１の電極の表面に平行な、第１の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の電極の表面に平行な、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置された任意の４つのマグネットからなる四角形の対角線方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が同一となるように配置されており、
さらに、
前記隣接する任意の４つのマグネットによりポイントカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１記載プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記磁石機構のマグネットは、複数のリングマグネットであり、該リングマグネットは同心円状の位置関係を有し、該リングマグネットの極性は交互に変えられており、前記２つのリングマグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記磁石機構のマグネットは、複数の棒状マグネットであり、該棒状マグネットの極性は交互に変えられており、前記２つの棒状マグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記プラズマ処置装置が容量結合型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１の電極がターゲット電極でかつ陰極であり、前記第２の電極が陽極であり、前記磁石機構が中心マグネットと該中心マグネットと極性の異なる周辺マグネットとヨークとからなり、前記プラズマ処理装置がマグネトロンスパッタリング装置であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記磁気遮蔽部材が、前記磁石機構で形成される磁場が前記第１の電極と第２の電極との間における外周に形成されないような磁場抑制材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
真空排気可能なチャンバーと、該チャンバー内に配置された、第１の電極と、該第１の電極上方に離れて設けられたマグネットを具備する磁石機構と、前記第１の電極下方に離れて設けられたシールドと、前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記磁石機構との間又は前記第１の電極と前記シールドとの間の少なくとも一方に設けられた磁気遮蔽部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項１０】
前記磁気遮蔽部材は、前記磁石機構で形成される磁場が前記第１の電極と前記シールドとの間に形成されないような高透磁率の材料で形成されていることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記磁石機構のマグネットは、前記第１の電極の上方に配置されており、
さらに、
前記第１の電極の表面に平行な、第１の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の電極の表面に平行な、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置された任意の４つのマグネットからなる四角形の対角線方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が同一となるように配置されており、
さらに、
前記隣接する任意の４つのマグネットによりポイントカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項９記載プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記磁石機構のマグネットは、複数のリングマグネットであり、該リングマグネットは同心円状の位置関係を有し、該リングマグネットの極性は交互に変えられており、前記２つのリングマグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記磁石機構のマグネットは、複数の棒状マグネットであり、該棒状マグネットの極性は交互変えられており、前記２つの棒状マグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記プラズマ処置装置が容量結合型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１の電極がターゲット電極でかつ陰極であり、前記第２の電極が陽極であり、前記磁石機構が中心マグネットと該中心マグネットと極性の異なる周辺マグネットとヨークとからなり、前記プラズマ処理装置がマグネトロンスパッタリング装置であることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記磁気遮蔽部材が、前記磁石機構で形成される磁場が前記第１の電極と第２の電極との間における外周に形成されないような磁場抑制材料で形成されていることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ生成用磁場を作る磁石機構に関する。当該磁石機構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を製造するプラズマ処理装置において用いられる。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ支援ウェハー処理は、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。従来から、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均一な処理速度を実現す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】
以下具体的に、図８に示す従来のプラズマ処理装置８００を参照しつつ、従来技術を説明する。プラズマ処理装置８００において、ターゲット電極２（第１の電極）の大気側に設置されているチャンバー２０１は、上部壁（天井壁）２０２、円筒形側壁２０３、および底壁２０４の部分から構成される。上部電極用高周波電源１０２は、上部電極用整合機１０１を経由して上部電極１に高周波電力を供給する。下部電極３０１は、ステージホルダー３０２、下部電極絶縁体３０３から構成される。下部電極用高周波電源３０５は、下部電極用整合機３０４を経由して下部電極３０１に高周波電力を供給する。チャンバー２０１内のガスは、ガス排気口２０５を経由して排気される。ポイントカスプ磁場を具備する磁石機構が作るターゲット電極２（第１の電極）外周部の発散磁場によって、ターゲット電極２（第１の電極）表面のプラズマ密度は、ターゲット電極２（第１の電極）中央部と外周部で異なり、ウェハー３０６の成膜レートが不均一となる。そこで、ターゲット電極２（第１の電極）径よりも広い範囲にマグネット６を配置するような磁石機構５（マグネット６と板状体７とから構成されるもの）を搭載し、ターゲット電極２（第１の電極）表面に発散磁場ができないようにして、ターゲット電極２（第１の電極）表面のプラズマ密度をターゲット電極２（第１の電極）中央部と外周部でそろえて、ウェハー３０６の成膜レートが面内で均一となるようにする発明が特許文献１で公開されている。【０００４】
図９は、上側または下側から見た、上部電極１上方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９において、Ｘ軸およびＹ軸が示されており、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。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の各々の極性は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で隣接する別のマグネット６に対して反対の極性となり、かつ、任意の４つのマグネット６からなる四角形の対角線（例えば、直線ａ乃至ｄ）に沿って隣接する別のマグネット６との間では同じ極性となるように配置されている。多数のマグネット６を包囲するように、絶縁部材３が配置されている。【０００５】
【特許文献１】特開2003-318165
【０００６】
このような従来のプラズマ処理装置をスパッタプロセスに使用する場合、膜の付着を防止するため、絶縁部材４及びターゲット電極２（第１の電極）上にシールド３を設ける必要がある。しかし、従来のプラズマ処理装置においては、シールド３やターゲット電極２（第１の電極）、絶縁部材４が損傷を受けたり、不安定なプロセスを引き起こすことが問題となっており、本発明者の知りうる範囲でこの点を解消するものは未だ知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した従来のプラズマ処理装置の問題は、図８に示すようにターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間又はシールド３と絶縁部材４の隙間に、ターゲット電極２（第１の電極）又は絶縁部材４上面と同等の磁場が形成され、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の間又は絶縁部材４とシールド３の間に、密度の高いプラズマが形成され、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３との間又は絶縁部材４とシールド３との間でアーキング（電荷の集中）が発生することである。さらに、磁石機構５の磁場が、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３との隙間又は絶縁部材４とシールド３との隙間に存在することである。磁場１１がターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間又は絶縁部材４とシールド３との隙間に存在すると、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３との隙間部分又は絶縁部材４とシールド３との隙間部分に密度の高いプラズマが形成され、電荷の集中によるターゲット電極２（第１の電極）、絶縁部材４やシールド３の破損や不安定なプロセスを引き起こすことが判明した。したがって、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３との隙間又は絶縁部材４とシールド３との隙間部分に磁場が形成されないような磁石機構５を形成する必要がある。【０００８】
そこで、本発明は上記問題点を解決する事を目的とし、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３との隙間又は絶縁部材４とシールド３との隙間部分に磁場が形成されないような磁石機構５を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、真空排気可能なチャンバーと、チャンバー内に配置された第１の電極と、第１の電極上方に離れて設けられたマグネットを具備する磁石機構と、第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、第１の電極と磁石機構との間又は第１の電極と第２の電極との間の少なくとも一方に設けられた磁気遮蔽部材とを備えたことを特徴とする。【００１０】
さらに、磁気遮蔽部材が、磁石機構で形成される磁場が第１の電極と第２の電極との間における外周に形成されないような磁場抑制材料で形成するようにしたものである。【００１１】
なお、本明細書中において、「磁石機構で形成される磁場が第１の電極と第２の電極との間における外周に形成されない」とは、第１の電極と第２の電極との間に、１００％磁場が形成されていない場合の他に、第１の電極上に異常放電を形成しない程度に磁場が形成されていないことを意味する。そのため、磁気遮蔽部材の材料としては、磁場強度を抑制できる材料であればよく、チャンバー内に設けられた材料より透磁率が高い材料（ＳＵＳ４３０等）を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による磁石機構を搭載するプラズマ処理装置は、ターゲット電極最外周までスパッタ成膜に必要な磁場を形成し、かつターゲット電極とシールドの隙間に磁場を形成しない。その結果、「ターゲット電極最外周まで必要なプラズマ密度を生成して、ウェハーの面内で均一な膜厚を得ること」と「磁場によってターゲット電極とシールドの隙間に密度の高いプラズマが形成されないことで、電荷集中によるターゲット電極とシールドの破損や、プラズマ不安定によって引き起こされるプロセス不安定性が解消されること」の両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に従ったプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】図１に示す磁石機構をターゲット電極側から見た平面図である。
【図３】図１に示す磁石機構にリングマグネットを配置した場合の平面図である。
【図４】本発明の別の実施例に従ったプラズマ処理装置の断面図である。
【図５】図１に示す磁石機構により発生するポイントカスプ磁場を示した図である。
【図６】図１に示す棒状マグネットの斜視図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例に従った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】図８に示す上部電極上方のマグネット配列のパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００１４】
２０１  チャンバー
２      ターゲット電極
６      マグネット
５      磁石機構
３０１  下部電極
７２０  遮蔽部材
【実施例】
【００１５】
第１の実施例について、図１と図２に従って説明する。図１は、第１実施例に関わる磁石機構５を搭載したプラズマ処理装置１００の断面図である。プラズマ処理装置１００は、第１の電極であるターゲット電極２（第１の電極）、チャンバー２０１、第１の電極に対向して設けられた第２の電極である下部電極３０１から構成される。ターゲット電極２（第１の電極）の下部には、隙間を設けてシールド３が配置されており、ターゲット電極２（第１の電極）を保持するため、チャンバー２０１側壁には、上部電極絶縁体４が取り付けられている。ターゲット電極２（第１の電極）の上方には、磁石機構５が、ターゲット電極２から離れて配置されている。磁石機構５は、複数のマグネットピース６とマグネット支持板７と磁場調整用磁性体８で構成される。プロセスガスは、複数のガス導入口９を通して、チャンバー２０１の中に供給される。【００１６】
ターゲット電極２（第１の電極）の大気側に設置されているチャンバー２０１は、上部壁（天井壁）２０２、円筒形側壁２０３、および底壁２０４の部分から構成される。下部電極３０１は、ステージホルダー３０２、下部電極絶縁体３０３から構成される。実施例１のプラズマ処理装置１００の基本的なハードウエアの構造は、磁石機構５の部分を除いて、従来技術として説明したものと同様である。ターゲット電極２（第１の電極）は、チャンバー２０１の上方に設置されており、上部電極絶縁体４を介してチャンバー２０１と電気的に絶縁されている。ターゲット電極２（第１の電極）の主要部品は、Al、SUS、Cuなどの非磁性金属で製作されるが、上部電極１の下面に相当するターゲット電極２（第１の電極）の減圧側には、ウェハー３０６上に成膜するのに必要な材料ターゲット材を設置する。図においてターゲット材の図示は省略している。加えて、上部電極１は、上部電極１やターゲット電極２（第１の電極）の中に形成された通路を通して冷却水を流すことによって、冷却することが可能である。この冷却水を流す通路は、図１に示していない。【００１７】
上部電極用高周波電源１０２は、上部電極用整合機１０１を経由して上部電極１に高周波電力を供給する。上部電極用高周波電源１０２は10〜300MHzの範囲で使用する。また、図示していないDC電源によって上部電極１に直流電圧を印加することも可能である。プロセスガスは、ガス導入口９を通して、チャンバー２０１の中に供給される。チャンバー２０１は、ガス排気口２０５を経由して真空用排気ポンプ１０によって排気される。下部電極３０１はステージホルダー３０２と下部電極用絶縁体３０３から構成される。ステージホルダー３０２は下部電極用絶縁体３０３を介して底壁２０４に固定されており、ステージホルダー３０２とチャンバー２０１は下部電極用絶縁体３０３によって電気的に絶縁されている。ウェハー３０６はステージホルダー３０２の上面に載置される。加えて、下部電極３０１は、下部電極３０１やステージホルダー３０２に冷却機構１２や加熱機構１２を設置して、ウェハー３０６を成膜に必要な温度に制御することが可能である。また、ステージホルダー３０２に静電吸着ステージを搭載し、ステージホルダー３０２に直流電源を接続してウェハー３０６を吸着して温度制御することが可能である。下部電極用高周波電源３０５は、下部電極用整合機３０４を経由して下部電極３０１に高周波電力を供給する。使用する高周波電力の周波数は、20MHz以下である。【００１８】
図２は、磁石機構５をターゲット電極２（第１の電極）側から見た平面図である。磁石機構５の複数のマグネットピース６は、ターゲット電極２の上方に、ターゲット電極２の表面と平行に、相互に隣接して配置されている。ターゲット電極２の表面に平行であり、図１におけるターゲット電極２の長手方向（図２のＸ軸方向）に沿って隣接するマグネットピース６の各々の極性は反対である。ターゲット電極２の表面に平行であり、図１におけるターゲット電極２の長手方向（図２のＸ軸方向）に直交する方向（図２のＹ軸方向）に沿って隣接するマグネットピース６の各々の極性も反対である。これに対して、X軸方向及びY軸方向に沿って配置された任意の４つのマグネットピース６からなる四角形の対角線方向に沿って隣接するマグネットピース６の各々の極性は同一である。マグネットピース６は、隣接する任意の４つのマグネットピース６によりポイントカスプ磁場が形成されるように配列されている。磁石機構５は、複数のマグネットピース６とマグネット支持板７と磁場調整用磁性体８で構成され、ターゲット電極２（第１の電極）の大気側に設置されている。３aは、シールド内径を示している。図２における多数の小さな円は各々のマグネットピース６の外形を示している。また、マグネットピース６の各々は同じ形状および同じ磁束密度を有する。さらに、ＮおよびＳの文字はターゲット電極２（第１の電極）側から見たマグネットピース６の磁極を示している。【００１９】
マグネットピース６は、図２に示すＸ軸・Ｙ軸平面上に配置されている。チャンバー２０１の内部に向かうマグネットピース６の各々の極性は、図２のＸ軸方向及びＹ軸方向で隣り合うマグネットピース６に対して反対となり、且つ、隣接する任意の４つのマグネットピース６により形成される四角形の対角線上において隣り合うマグネットピース６との間では同じ極性となる。反対の極性を持つ２つの隣り合うマグネットピース６の距離は、5〜100mmの範囲で変えることができる。マグネットピース６の高さは、通常は2mmよりも大きくなっている。マグネットピースの断面形状は四角または円形である。マグネットピースの直径や高さ、材質は、プロセスアプリケーションに応じて変化する。実施例1においては、すべてのマグネットピースは、同等の磁束密度となるように同じ磁石素材を想定している。実施例１のプラズマ装置１００の上部電極１に高周波電力を供給したとき、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、閉じた磁束１１によって閉じ込めの作用を受ける。【００２０】
実施例1の磁石機構５における重要な特徴は、ターゲット電極２（第１の電極）よりも外周に位置するマグネットピース６のターゲット電極２（第１の電極）側に、部分的に磁場調整用磁性体８が重なるように設置されており、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間の磁場強度を制御できる点にある。磁場調整用磁性体８は、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間の磁場強度を制御できる材料であればよく、例えば、ＳＵＳ４３０等の透磁率が高い材料が好ましい。この磁石機構５は、マグネットピース６と磁場調整用磁性体８の重なる面積を調整することで、ターゲット電極２（第１の電極）最外周までターゲット電極２（第１の電極）材をスパッタするのに必要な磁場を供給し、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間には、磁場を供給しないように磁場調整が可能である。【００２１】
実施例１は、ポイントカスプ磁場を用いた場合を説明したが、ターゲット電極２（第１の電極）よりも外周に位置するマグネットピース６のターゲット電極２（第１の電極）側に、部分的に磁場調整用磁性体８が重なるように設置して、ターゲット電極２（第１の電極）とシールド３の隙間の磁場強度を制御する機構を搭載すれば、ターゲット電極２（第１の電極）よりも外側にシールド３が存在し、ターゲット電極２（第１の電極）よりも外側に磁場が存在するような他のマグネトロンスパッタ装置に対しても同様の磁場調整が可能である。【００２２】
図５は、図１に示すマグネット６と板状体７とから構成される磁石機構５により発生するポイントカスプ磁場１１を示す図である。なお、本明細書において、「ポイントカスプ磁場」とは、図５に示すように隣接する４つのマグネット６により閉じたカスプ磁場を形成することをいう。図３は、図１に示す磁石機構５に、上部電極１とリングマグネット６との中心が一致するようにリングマグネット６を配置した場合を示した平面図である。【００２３】
図１及び図３において、リングマグネット６の配列と、それらのプラズマ生成のための利用について説明する。リングマグネット６は、ターゲット電極２の上側表面の上方に配列される。リングマグネット６の断面形状は重要なことではなく、正方形または長方形の形状でよい。リングマグネット６の寸法も重要なことではない。リングマグネットの断面の寸法は、１０×１０ｍｍ〜４０×４０ｍｍで変わり得る。さらに、各々のリングマグネット６に関して異なる断面寸法を採用することができ、例えば、内側のリングマグネットから外側のリングマグネットへ向かって断面寸法を大きくすることもできる。最も内側のリングマグネットの直径は通常５０〜１００ｍｍである。リングマグネット６の各々の対の間隔は、通常およそ２０〜５０ｍｍに維持される。内側リングマグネット６aと外側リングマグネット６ｂの間の間隔が同じであることは必要ではない。中心から外側に向かってリングマグネット間の間隔を次第に減少することもできるし、または増加することもできる。リングマグネット６の個数は、ターゲット電極２の直径とリングマグネット６の間隔によって決定される。リングマグネット６は、必ずしも単一部材として作られる必要はない。代わりに、小さなマグネットを複数用いて図２に示されるごとく円形を有するように配列することもできる。この場合において、唯一要求されることは、各々の小さいマグネットにおけるチャンバー２０１の内部に向かう磁極が同じであるということである。【００２４】
同心円状に配置された複数のリングマグネット６は、チャンバー２０１の内部に向かう交互の極性を持つように配置されており、それ故に、円形線状のカスプ磁界１１が、図１及び図３に示されるごとく、リングマグネット６の間に生成される。これらの線状のカスプ磁界の重要な事実は、リングマグネット６の１つの磁極によって生成される磁界の線束の線が、内側および外側の隣のリングマグネット６に向かって曲り、チャンバー２０１の中において下流に向かって深く入り込まないことである。こうして、上部電極１から近い距離、通常は、上部電極１からおよそ３０ｍｍ〜５０ｍｍの距離で、磁界のない環境が得られる。【００２５】
リングマグネット６の磁界の強さは、各々のリングマグネット６の磁極においておよそ３００ガウス（Gauss） 〜１キロガウス（kGauss）の範囲で変えることができる。リングマグネット６の磁界の強さは、通常、上部電極１の下側表面で２００ガウス（Gauss） 〜５００ガウス（Gauss） の範囲の磁界の強さを持つようにするために決定される。従って、もし上部電極１の厚みがより厚くなるならば、強い磁界を持ったリングマグネット６が要求される。各々のリングマグネット６の磁界の強さが同じであるということは必要ではなく、例えば、磁極の磁界の強さは、内側のリングマグネット６から外側のリングマグネット６へ向かって増加することができる。【００２６】
チャンバー２０１の内部で一旦プラズマが生成されると、リングマグネット６によって作られた磁界によって電子はサイクロトロン回転を受ける。それ故に、熱電子(hot electrons) はより大きな進路長さ(path length) を有し、それ故により高いイオン化率を有する。このことはプラズマ密度の増加という結果をもたらす。加えて、電子はＥ×Ｂによって定義されるドリフトを受け、ここでＥとＢはそれぞれ、上部電極１における直流（ｄｃ）電界とターゲット電極２に平行な磁界の強さである。このドリフトの方向は、ＥとＢの両方に垂直であるので、電子は円形の進路（軌道）で移動し、ここで各円形の進路の中心は上部電極１の中心である。電子のこれらのサイクロトロン回転とＥ×Ｂのドリフトの原因による円運動のために、電子は上部電極１に接近して適宜に閉じ込められる。すなわち、拡散過程による電子の損失は大きく制限される。これが、同様にまた、プラズマ密度の増加の原因となる。【００２７】
円形の軌道上での電子のドリフトは、ターゲット電極２または下部電極３０１を横切る均一な磁界におけるそれらと比較するとき、重要な違いである。ターゲット電極２あるいは下部電極３０１を横切り、そして平行である均一な磁界において、電子はＥ×Ｂのドリフトによってチャンバー２０１の一方の側に向かって移動する。このことは、半径方向において非常に高い不均一なプラズマをもたらすという結果になり、結局はウエハー３０６の表面においてデバイスにダメージを与える原因となる。この実施形態のプラズマ源で、電子は、Ｅ×Ｂのドリフトが原因で円形の軌道の上を移動するので、電子は、チャンバー２０１の一方の側に向かってドリフトされない。しかしながら、カスプ磁界１１の内部の電子密度は、カスプ磁界１１の内部の電子の閉じ込めに起因して、カスプ磁界１１の外部のそれに比較してより高くなる。それ故に、上部電極１の近傍において、半径方向のプラズマ密度は不均一である。しかしながら、磁界の強さは下流に向かって急速に衰退するので、下流における電子は拡散し、均一なプラズマを作る。それ故に、半径方向に均一なプラズマが、上部電極１の下側の数センチメートルの箇所で得ることができる。【００２８】
なお、図３では、上部電極１とリングマグネット６との中心が一致しているが、ターゲット電極２の中心とリングマグネット６の中心は、一致しなくてもよい。【００２９】
図６は、ターゲット電極２の上面表面に配置されている棒状マグネットの斜視図である。図６において更に例示するように、棒状マグネット６は、各磁石のＮ極とＳ極が磁石の長さ方向に沿って分極化されるように極性付けられる。従って、隣接する磁石６のＮ極からＳ極に向かう磁力線は、ラインカプス形磁界を形成し、チャンバー２０１の中心に向けてプラズマを集中させる。【００３０】
図４は、第２の実施形態を示す断面図である。本実施形態の装置は、イオン化スパッタを行うものである。イオン化スパッタは、ターゲット電極２（第１の電極）から放出されるスパッタ粒子をイオン化し、イオンの作用によってホール内に効率よくスパッタ粒子を到達させる手法である。イオン化スパッタによると、コリメートスパッタや低圧遠隔スパッタに比べて、遥かに高いボトムカバレッジ率が得られる。【００３１】
具体的には、本実施形態のスパッタリング装置４００は、排気系１０を備えたスパッタチャンバー２０１と、このスパッタチャンバー２０１内に設けられたターゲット電極２（第１の電極）と、このターゲット電極２（第１の電極）をスパッタするためのスパッタ電源１０２と、スパッタチャンバー２０１内に所定のガスを導入するガス導入手段４と、スパッタによってターゲット電極２（第１の電極）から放出されたスパッタ粒子をイオン化させるイオン化手段６００と、イオン化したスパッタ粒子が入射する位置にウエハー３０６を保持すステージホルダー３０２と、イオン化空間からスパッタチャンバー２０１の器壁に拡散することによるプラズマの損失を抑制する磁場を設定する磁石機構５とを備えている。磁石機構（以下「磁石機構５」という）とターゲット電極２（第１の電極）との間には、磁場調整用磁性体８が設けられている。又、ターゲットシールド１９が、ターゲット電極２の下方に離れて設けられている。【００３２】
まず、スパッタチャンバー２０１は、不図示のゲートバルブを備えた気密な容器である。このスパッタチャンバー２０１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には接地されている。排気系１０は、ターボ分子ポンプや拡散ポンプ等を備えた多段の真空排気システムで構成されており、スパッタチャンバー２０１内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能になっている。また、排気系１０は、バリアブルオリフィス等の不図示の排気速度調整器を備え、排気速度を調整することが可能になっている。【００３３】
ターゲット電極２（第１の電極）は、例えば厚さ６ｍｍ、直径３００ｍｍ程度の円板状であり、金属製のターゲットホルダー２０及び絶縁体１８を介してスパッタチャンバー２０１に取付けられている。ターゲット電極２（第１の電極）の背後には、磁石機構５が設けられており、マグネトロンスパッタを行うようになっている。磁石機構５は、中心磁石６ａと、この中心磁石を取り囲む中心磁石６ａと異なる極性を有する周辺磁石６ｂと、中心磁石６ａ及び周辺磁石６ｂとを繋ぐ円板状のヨーク７とから構成されている。尚、各磁石６は、いずれも永久磁石であるが、電磁石でこれらを構成することも可能である。スパッタ電源１０２は、所定の負の高電圧をターゲット電極２（第１の電極）に印加するよう構成される。例えばチタンのスパッタの場合、５００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成されることが多い。【００３４】
ガス導入手段４は、アルゴン等のスパッタ放電用のガスを溜めたガスボンベ４ａと、ガスボンベ４ａとスパッタチャンバー２０１とをつなぐ配管４ｂと、配管４ｂに設けられたバルブ４ｃや流量調整器４ｄと、配管４ｂの先端に接続されたチャンバー内配管４ｅと、チャンバー内配管４ｅの先端に接続されたガス分配器４ｆとから主に構成されている。ガス分配器４ｆには、円環状に形成したパイプの中心側面にガス吹き出し穴を形成した構成等が採用され、ターゲット電極２（第１の電極）とステージホルダー３０２との間の空間に均一にガスを導入する。【００３５】
イオン化手段６００は、本実施形態では、ターゲット電極２（第１の電極）からウエハー３０６へのチタンの飛行経路に設定されたイオン化空間に高周波プラズマを形成するものが採用されている。具体的には、イオン化手段６００は、ステージホルダー３０２に接続された高周波電源６００aを含む。高周波電源６００aは、例えば周波数１３．５６ＭＨｚで出力２００Ｗ程度のものが使用され、不図示の整合器を介して高周波コイルに高周波電力を供給する。高周波電源６００aによって、ステージホルダー３０２を介してイオン化空間に高周波電界が設定され、ガス導入手段４によって導入されたガスが、この高周波電界によってプラズマ化してプラズマＰが形成されるようになっている。ターゲット電極２（第１の電極）から放出されたスパッタ粒子は、プラズマＰ中を通過する際にプラズマＰ中の電子やイオンと衝突し、イオン化する。イオン化したスパッタ粒子は、電界によって加速されてウエハー３０６に到達するようになっている。さらに、ウェーハー３０６下部には、吸着電源１６ｂに接続する吸着電極１６aが配置されている。本実施例において、スパッタリング装置４００はさらに、図４に示すように、チャンバー２０１内に、永久磁石１５及び防着シート１７を備えている。【００３６】
図７は、第３の実施形態を示す断面図である。本実施形態の装置７００は、エッチングを行うものである。図７に示すように、ガス導入管７０８及び排気口７１６を有する処理室７１０内部には、高周波電極７０９と基板載置電極７１２とが所定の間隔を開けて対向して配置され、それぞれは絶縁体７１９を介して室壁に取り付けられている。【００３７】
高周波電極７０９は、多数のガス吹出孔７２２を有するガス板７０２と、この多数のガス吹出孔７２２に連通するガス通路７２３を有し、かつ冷媒通路７１７を有するガス板冷却用の熱交換器７１８とからなり、これらが第１の高周波電源７０９に連結されている。ガス板７０２は冷媒通路７１７に供給される冷媒により所定の温度に制御される。高周波電極７０９の裏面側には、ガス板７０２の表面側にポイントカプス磁場を発生するように、多数の磁石７０１aが隣り合う磁石７０１a間で極性が逆になるように取り付けられている、板状体７０１ｂが配置されている。板状体７０１ｂは、上下に移動可能となるようにベローズ７０３の上板７０３aに絶縁体７１９を介して取り付けられている。また、板状体７０１ｂには多数の小孔が形成され、ガス導入管７０８から導入されるガスが、熱交換器７１８のガス通路７２３に均一に流れるようにガス分散板の役割も担っている。また、熱交換器７１８の磁石７０１aに対応する位置には、磁石７０１aが挿入できるように溝が形成されており、ガス板７０２のプラズマに接する面と磁石７０１aの先端との距離を例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍまで移動可能な構成となっている。【００３８】
ガス導入管７０８を通して高周波電極７０９に供給される反応ガスは、板状体７０１ｂの小孔を通って、全体で均一に広がった後、熱交換器７１８のガス通路７２３を通り、ガス板７０２のガス吹出孔７２２から処理室７１０の内部に均一に流れ出す。なお、磁石７０１aは、ガス板７０２表面で均一な磁場となるように、例えば、正方形や正６角形の頂点に配置し、磁石７０１aの直径、長さ、材質に応じて、正方形や正６角形の一辺の大きさを定めればよい。高周波電極７０９と磁石ユニット７０１の間には、磁気遮蔽部材７２０が設けられている。なお、磁気遮蔽部材７２０を、高周波電極７０９と第２の高周波電極７１３との間に設けることも可能である。さらに、磁気遮蔽部材７２０を、高周波電極７０９とシールド７２１との間に設けることも可能である。磁気遮蔽部材７２０は、磁石ユニット７０１で形成される磁場が、高周波電極７０９とシールド７２１との間に形成されないような高透磁率の材料で形成されるのが望ましい。【００３９】
一方、基板載置電極７１２は、内部に冷媒流路を有する熱交換器７１４と、その上部に基板７０５を静電吸着する静電チャック７０６とから構成される。冷媒流路７１５に供給される冷媒により静電チャック７０６を介して基板７０５は所定の温度に冷却される。この基板載置電極７１２は、基板７０５のバイアス制御用の第２の高周波電源７１３及び基板静電吸着用の直流電源７０７に接続されている。また、第２の高周波電源７１３及び直流電源７０７と基板載置電極の間には、ブロッキングコンデンサや高周波カットフィルタ（不図示）が取り付けられ、相互の干渉を防止している。【００４０】
次に、図７の装置７００を用いた場合のシリコンエッチング方法を説明する。まず、上記の多数の磁石７０１a及び板状体７０１ｂからなる磁石ユニット７０１について、平行磁界強度と磁石先端部からの距離との関係を、磁気プローブを用いてあらかじめ測定しておく。測定結果に基づき、ガス板７０２表面の平行磁場強度が３０ｍＴ以上となる位置まで、ベローズ７０３の上板７０３aを駆動機構で押し下げ固定しておく。この状態で、基板搬送口７０４に設けられたゲートバルブ（不図示）を開け、基板７０５を保持したロボットハンドを挿入し、基板７０５を静電チャック７０６の上に載置し、直流電源７０７から所定の電圧を印加して基板を静電吸着する。【００４１】
次いで、ガス供給系（不図示）からガス導入管７０８、高周波電極７０９を介して、反応性ガスを処理室７１０内に供給して所定の圧力に設定する。その後、高周波電極７０９に第１の高周波電源７１１から５０〜２００ＭＨｚのＶＨＦ帯の高周波電力を供給する。一方、基板載置電極７１２には第２の高周波電源７１３からＨＦ帯（例えば１．６ＭＨｚ）の高周波電力をそれぞれ印加する。ＶＨＦ帯の高周波電力によって高密度のプラズマが発生し、エッチングに寄与するラジカル等の活性種が生成する。一方、ＨＦ帯の高周波電力によってイオンエネルギをプラズマ密度とは独立に制御することができる。しかも、高周波電極のガス板の自己バイアスは、６０Ｖ以下となり、ガス板のスパッタリングを実質的に防止され、エッチング残渣による不良を回避することができる。【００４２】
また、高周波電極表面の平行磁場強度を大きくするほど、高密度のプラズマが発生し、しかも自己バイアスは６０Ｖ以下に抑えられ、ガス板のスパッタを防止することができるが、基板への影響も徐々に大きくなりデバイス特性に影響を及ぼす場合があるため、作製するデバイスに応じて磁場強度を適正化するのが好ましく、さらに処理条件に応じて適正化するのが好ましい。【００４３】
本発明においては、エッチングガスと側壁保護膜形成用ガスとを交互に導入するガスチョッピング法が好適に適用される。エッチングガスとしてはＳＦ６、側壁保護膜形成用ガスとしてはＣｘＦｙ（ｘ＝１〜５，ｙ＝４〜８）が好適に用いられ、それぞれのガスの導入時間を１秒以下として繰り返すことにより、より高速でかつ異方性に優れたエッチングが可能となる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月5日(2008.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
陰極であるターゲット電極としての第１の電極
該第１の電極に対向して設けられ、基板を支持する陽極である第２の電極、
該第１と２の電極の間で、該第１の電極と所定の隙間を有して隣接して配置され、該第１の電極の外周辺を被うシールド、及び
該第１の電極に関し、該第２の電極と反対側の該第１の電極面上に配置された磁石機構であって、カスプ磁場を発生するための該第１の電極面上に分布された複数のマグネットからなる磁石機構とからなり、
該第１と第２の電極への電圧印加時に、該第１と第２の電極の間の空間にプラズマを生成し、該プラズマにより該第１の電極のターゲット材料をスパッタし、該第２の電極上の基板表面に該スパッタされたターゲット材料の膜を形成させるプラズマ処理装置において、
該カスプ磁場発生用マグネットと該第１の電極面との間に配置され、該第１の電極の外周縁を含む所定の幅の領域に延在する磁気遮蔽部材を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記シールドは、電気的絶縁体により支持されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記第１の電極は、電気的絶縁体により真空チャンバーに支持されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記第１の電極の表面に平行な、第１の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の電極の表面に平行な、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置された任意の４つのマグネットからなる四角形の対角線方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が同一となるように配置されており、
さらに、
前記隣接する任意の４つのマグネットによりポイントカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記磁石機構のマグネットは、複数のリングマグネットであり、該リングマグネットは同心円状の位置関係を有し、該リングマグネットの極性は交互に変えられており、前記２つのリングマグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記磁石機構のマグネットは、複数の棒状マグネットであり、該棒状マグネットの極性は交互に変えられており、前記２つの棒状マグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記プラズマ処置装置が容量結合型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記磁石機構が中心マグネットと該中心マグネットと極性の異なる周辺マグネットとヨークとからなることを特徴とする請求項１９記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記マグネットを具備する磁石機構の径は、第１の電極の径より大きいことを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記プラズマ処理装置がマグネトロンスパッタ装置であることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月14日(2010.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
陰極であるターゲット電極としての第１の電極
該第１の電極に対向して設けられ、基板を支持する陽極である第２の電極、
該第１と２の電極の間であって、該第１の電極と所定の隙間を有して隣接して配置され、該第１の電極へのスパッタ材の付着を防止するため該第１の電極の外周辺の少なくとも一部を被うシールド、及び
該第１の電極に関し、該第２の電極と反対側の該第１の電極面上に配置された磁石機構であって、カスプ磁場を発生するための該第１の電極面上に分布された複数のマグネットからなる磁石機構とからなり、
該第１と第２の電極への電圧印加時に、該第１と第２の電極の間の空間にプラズマを生成し、該プラズマにより該第１の電極のターゲット材料をスパッタし、該第２の電極上の基板表面に該スパッタされたターゲット材料の膜を形成させるプラズマ処理装置において、
該カスプ磁場発生用マグネットと該第１の電極面との間に配置された磁気遮蔽部材であって、第１の電極外周付近に配置された該マグネットからの磁力線を遮蔽し、該第１の電極と該シールドとの隙間における磁場強度を抑制するよう該第１の電極の外周縁を含む所定の幅の領域に延在する磁気遮蔽部材を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記シールドは、電気的絶縁体により支持されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記第１の電極は、電気的絶縁体により真空チャンバーに支持されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記第１の電極の表面に平行な、第１の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の電極の表面に平行な、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が反対となり、
前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置された任意の４つのマグネットからなる四角形の対角線方向に沿って隣接するマグネットの各々の極性が同一となるように配置されており、
さらに、
前記隣接する任意の４つのマグネットによりポイントカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記磁石機構のマグネットは、複数のリングマグネットであり、該リングマグネットは同心円状の位置関係を有し、該リングマグネットの極性は交互に変えられており、前記２つのリングマグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記磁石機構のマグネットは、複数の棒状マグネットであり、該棒状マグネットの極性は交互に変えられており、前記２つの棒状マグネットによりラインカスプ磁場を形成することを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記プラズマ処置装置が容量結合型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記磁石機構が中心マグネットと該中心マグネットと極性の異なる周辺マグネットとヨークとからなることを特徴とする請求項１９記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記マグネットを具備する磁石機構の径は、第１の電極の径より大きいことを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記プラズマ処理装置がマグネトロンスパッタ装置であることを特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理装置。
【国際調査報告】
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2009078094.tif 000013
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