(57)【要約】  ｉＰＶＤのための容量性プラズマ源（２２）が強い局所的な磁界（３１）に埋設され、ｉＰＶＤの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源とのドロップイン(drop−in)交換品とすることができる。この源（ソース）は、それの後方に、電極表面にわたって放射状に伸びる磁界を有する電極表面に一様に平行な表面磁石（３３−３５）を含んだ磁石パック（９０）を持つ環状の電極（２３）を含む。内側および外側の環状リング磁石（それぞれ３６および３２）のような磁石は、電極に最も近い極が表面磁石の隣接した極と同じ極性である状態で、電極と交差する極軸を持っている。強磁性のハックプレート（３７）またはバック磁石（３７ａ）は磁石（３２，３６）の後方の極を相互接続する。磁石パック（３０）後方の強磁性シールド（３７ｂ）はｉＰＶＤ材料源（２１）から離れる磁界（３１）を閉じ込める。
2007531818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理機器のチャンバーに高濃度のプラズマを生成する方法であって、
処理チャンバーに伸びる磁界を作るのに十分な強度と体積を持った環状の磁石パックを供給する段階と、
磁束が電極の表面にほぼ平行な状態で処理チャンバー中の磁界に前記電極を埋設する段階と、
処理機器の処理チャンバー中にエネルギーを容量結合するためのＲＦエネルギーにより前記電極にエネルギーを与え、それによって高濃度のプラズマを生成する段階と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
高濃度のプラズマによりチャンバー内の半導体ウェハを処理する段階をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造のための方法。
【請求項３】
高濃度のプラズマによりチャンバー内のコーティング材料をイオン化させる段階と、
イオン化させられたコーティング材料により半導体ウェハをコーティングする段階と、
をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造のための方法。
【請求項４】
処理機器からＩＣＰ源を除去する段階と、
ＩＣＰ源を容量結合源に置換する段階を含む供給および埋設段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
処理機器からＩＣＰ源を除去する段階と、
真空チャンバー内で環状の表面を持つ電極と、
前記電極に連結された出力を持ったＲＦ発生器と、
内側の極と外側の極を持ち、またそれらの極の間に伸びる極性の軸を持ち、放射状の平面に位置して、前記電極の表面に一様に平行である環状の表面磁石、
外側の磁石であって、それの第１の極が前記電極により近くそれの第２の極が前記電極からより遠い状態でその極軸が前記電極の表面と交差し、第１の極が表面磁石の外側の極に隣接しかつ同じ極性であるような外側の磁石、
内側の磁石であって、それの第１の極が前記電極により近くそれの第２の極が前記電極からより遠い状態でその極軸が前記電極の表面と交差し、それの第１の極が表面磁石の内側の極に隣接しかつ同じ極性であるような内側の磁石、および、
内側および外側の磁石の第２の極の間に伸び、かつそれらに隣接する強磁性バックピース、
を含む磁石パックと、
を有し、そして前記磁石パックの磁石は、表面磁石の外側の極および外側の磁石の第１の極から、表面磁石の内側の極および内側の磁石の第１の極まで一様に伸びる磁界を作るのに十分な体積と強度を持ち、前記電極は前記磁界に埋設されるようにした、ＩＣＰ源を容量結合源に置換する段階を含む供給および埋設段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記埋設する段階は、一様に凹形の表面を持った電極を供給する段階、およびその表面がチャンバーに外向きに伸びる状態で、その電極を磁界に埋設する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
スパッタコーティング機器の環状の標的の中央に磁石パックおよび電極を位置させて、機器のためのチャンバー内で前記電極から高濃度プラズマにＲＦエネルギーを容量結合させる段階をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
スパッタコーティング機器の環状の標的の中央に磁石パックおよび電極を位置させる段階と、
環状の標的の内部に磁界を閉じ込める段階と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
処理機器の処理チャンバー中に高濃度のプラズマを容量結合するためのプラズマ源であって、
真空チャンバー内で環状の表面を持つ電極と、
前記電極に連結された出力を持ったＲＦ発生器と、
内側の極と外側の極を持ち、またそれらの極の間に伸びる極性の軸を持ち、放射状の平面に位置して、前記電極の表面に一様に平行である環状の表面磁石、
外側の磁石であって、それの第１の極が前記電極により近くそれの第２の極が前記電極からより遠い状態でその極軸が前記電極の表面と交差し、第１の極が表面磁石の外側の極に隣接しかつ同じ極性であるような外側の磁石、
内側の磁石であって、それの第１の極が前記電極により近くそれの第２の極が前記電極からより遠い状態でその極軸が前記電極の表面と交差し、それの第１の極が表面磁石の内側の極に隣接しかつ同じ極性であるような内側の磁石、および、
内側および外側の磁石の第２の極の間に伸び、かつそれらに隣接する強磁性バックピース、
を含む磁石パックと、
を有し、
前記磁石パックの磁石は、表面磁石の外側の極および外側の磁石の第１の極から、表面磁石の内側の極および内側の磁石の第１の極まで一様に伸びる磁界を作るのに十分な体積と強度を持ち、そして
前記電極は前記磁界に埋設される
ことを特徴とするプラズマ源。
【請求項１０】
前記強磁性バックピースは、外側の磁石の第２の極に隣接しかつ反対の極性である外側の極を持ち、内側の磁石の第２の極に隣接しかつ反対の極性である内側の極を持ったバック磁石を含むことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
電極からみて磁石パックの反対側にあり、外側の磁石の周りに伸びる強磁性材料のシールドをさらに有し、前記シールドは、外側の磁石から放射状内側へ磁束を十分に閉じ込めるよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
前記強磁性バックピースは、電極からみて磁石パックの反対側にあり、外側の磁石の周りに伸びる強磁性材料を含み、前記シールドは、外側の磁石から放射状内側へ磁束を十分に閉じ込めるよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
外側の磁石は電極表面の外側エッジ近くの外側リング磁石であり、
内側の磁石は電極表面の内側エッジ近くの内側リング磁石である
ことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
磁石パックの磁石は、ほぼ全ての磁束がプラズマ源の近傍に閉じ込められるような磁界を作るのに十分な体積と強度を持っていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
チャンバーに面する電極の表面は凸形であり、チャンバーに向かって外側へ曲がることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
磁界はチャンバーに面する電極の表面と一様に一致することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１７】
前記電極はその中央に開口を持つことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１８】
前記磁石はその表面上に導電性材料のコーティングを持つことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１９】
前記源は、ｉＰＶＤ機器のＩＣＰ源にドロップイン交換品を提供するよう構成される交換源であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項２０】
請求項９に記載のプラズマ源を有し、さらに、
処理される基板を支持するために内部に基板サポートを持つ真空チャンバーと、
前記プラズマ源を囲む環状のスパッタリング標的と、
を有することを特徴とするｉＰＶＤ装置。
【請求項２１】
前記環状の表面磁石は、角度方向に配列された複数のセグメントから形成されることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項２２】
処理される基板を支持するために内部に基板サポートを持つ真空チャンバー、および
真空チャンバー内で環状の表面を持つ電極と、
前記電極に連結された出力を持ったＲＦ発生器と、
内側の極と外側の極を持ち、前記電極の表面に一様に平行である環状の表面磁石、
前記表面磁石の外側の極と同じ極性の極を持ち、前記表面磁石に隣接する外側の磁石、
前記表面磁石の内側の極と同じ極性のそれの極を持ち、前記表面磁石に隣接する内側の磁石、および、
内側および外側の磁石の間に伸び、かつそれらに隣接する強磁性バックピース、
を含む磁石パックと、
を含んだ容量結合された高濃度プラズマ源、
を有し、
前記磁石パックの磁石は、外側の磁石から内側の磁石まで一様に伸びる磁界を持ち、そして
前記電極は、前記磁界に埋設される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２３】
プラズマ源を囲むチャンバーと連通する環状のスパッタリング標的をさらに有し、
前記プラズマ源は、スパッタリング標的から離して磁界を閉じ込める強磁性シールドを持つことを特徴とする、半導体ウェハ上にイオン化物理的気相蒸着を遂行するための請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
チャンバー側の電極の表面は凸形であり、チャンバーに向かって外側へ曲がり、また磁界は前記電極の表面とほぼ一致することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記電極はその中央に開口を持ち、
また、前記装置はさらに前記電極の中央の開口においてガス導入源を有することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記強磁性バックピースは、外側の磁石に隣接している外側の極を持ち、内側の磁石に隣接している内側の極を持ったバック磁石を含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
処理機器の処理チャンバー中に高濃度のプラズマを容量結合するためのプラズマ源であって、
真空チャンバーに向かって内側へ伸びる凸形の表面を持ち、その凸形の表面が前記チャンバーの内側に伸びる状態でチャンバーの一端を支持できる電極と、
前記電極に連結された出力を持つＲＦ発生器と、
前記電極の後方にあって、前記電極の凸形表面にほぼ一致する凸形磁界を持つ磁石パックと、
を有し、
前記電極は、それの凸形表面が前記磁界に一致する状態で前記磁界の中に埋設されることを特徴とするプラズマ源。
【請求項２８】
前記電極はその半径にわたって凸形をなす環状の表面により環状の形状を持ち、
前記磁界はその半径にわたって環状で凸形をなし、前記電極の環状の表面に従うことを特徴とする請求項２７に記載の源。
【請求項２９】
処理される基板を内部に支持するための基板サポートを持った真空チャンバーと、
スパッタリング標的と、
を有し、
請求項２７に記載のプラズマ源が、内部に埋設された電極が前記チャンバーに向かって伸びる状態で凸形磁界を持つことを特徴とするｉＰＶＤ装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載のプラズマ源を持ち、さらに、
処理される基板を支持するために内部に基板サポートを持つ真空チャンバーと、
スパッタリング標的と、
を有し、
凸形磁界が内部に電極を埋設しチャンバーに伸びるという状態で、前記プラズマ源がチャンバーの一端に取り付けられることを特徴とするｉＰＶＤ装置。
【請求項３１】
請求項２７に記載のプラズマ源を持ち、さらに、
処理される基板を支持するために内部に基板サポートを持つ真空チャンバー
を有し、
その状況で、凸形磁界が内部に電極を埋設しチャンバーに伸びるという状態で、前記プラズマ源がチャンバーの一端に取り付けられることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン化物理的気相蒸着（ｉＰＶＤ）に関わり、とりわけ、ｉＰＶＤに特に役立つ高濃度プラズマの生成のための源（ソース）に関係する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造で使われるようなイオン化物理的気相蒸着は、イオン化している金属または他の高濃度プラズマ状態のコーティング材料によって実行され、そしてコーティング材料のイオン化された粒子を、プラズマシース（plasma sheath）の電位降下を越えて基板上に指向する。このようなプラズマを作るための源（source：ソース）は、容量結合または誘導結合される。容量結合された源は、電極からのＲＦ電界を介した結合エネルギーによって、真空処理チャンバー内のプロセスガスを活性化する。誘導結合プラズマ源はアンテナからのＲＦ磁界を介してエネルギーを結合させる。
【０００３】
容量性の源は、一般的に、低いプラズマ濃度と電極における大きな負の自己バイアスを作るので、誘導的な源より劣っていると見られている。これらの典型的な容量性の源の特徴は、通常、それらをｉＰＶＤ用途にとって不適当にする。低いプラズマ濃度は容量結合源の大きなＲＦ電圧と基本的に関係がある。プラズマ濃度は、ＲＦによるプラズマ中へのエネルギー入力と原子プロセスに起因したエネルギー損失との間の、もっと重要なものとしては、プラズマシースを通して落ちる運動エネルギーあるいはイオンと、残ったプラズマとの間のバランスの結果である。ＲＦで電極を作られる大きなシースは、プラズマと電極の間の大きな電位差の特徴であり、プラズマエネルギーのシンク(sink:排出口)の役割をし、そしてプラズマ濃度の低下を招く。ｉＰＶＤ用途では、低いプラズマ濃度は金属イオン割合(fraction)を減少させる。さらに、ＲＦ電極における大きなシース電圧は、プラズマ中に電極材料のスパッタリングを招き、その寿命を減らす。
【０００４】
ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）源は、特に堆積均一性を最適化するように設計される状況で複雑となる傾向がある。アンテナとバッフル(baffle)は洗練された方法を使って設計されなくてはならない。
【０００５】
ある特定の用途のための種々のプラズマ源において、実験的な業績が報告されている。ＦｕｒｕｖａとＨｉｒｏｎｏは、スパッタリング速度（スパッタリング・レート）における電界強度と磁界強度の効果、およびＲＦマグネトロン(magnetron:磁電管)のバイアス電圧を調査した。彼らは、電界の強度が増加するにつれて、自己バイアス電圧の低下とプラズマ濃度の増加を観察した。さらに、彼らは、磁界が４００ガウスを超えて増加するにつれて、スパッタリング速度における減少を観察した。彼らの実験においては、４インチ（１０ｃｍ）直径のＣｒＣｏ標的が使われ、そして実験は１０ｍＴｏｒｒ（１.３３Ｐａ）および２００ＷのＲＦパワーで行われた［非特許文献１］。
【０００６】
さらにＩら（１９８４）は、ＭＲＣ ＲＩＥ−５１ダイオード・エッチング・システムにおけるエッチング速度への磁界強度と圧力の影響を調査した。６０Ｇから２４０Ｇまで変わる磁界により、ＲＦ電極上へのバイアス電圧は５００Ｖから５０Ｖに落ちる［非特許文献２］。
【０００７】
局所的な磁界を有する容量性の源における磁界効果は、大きな範囲の処理のための二重振動数容量結合された源の最上のＲＦ電極における磁石の埋設アレイに対して、ＷｉｃｋｒａｍａｎａｙａｋａおよびＮａｋａｇａｗａ（１９９８年）によって探究された。磁石は、チェッカボード法(checker-board fashion：市松模様法)に利用され、電極表面から離れた磁界の速やかな減少をもたらす。磁石の付加は、プラズマ濃度の３倍の増加をもたらし、自己バイアス電圧に対応した減少が観察された［非特許文献３］。
【０００８】
さらに、ＫａｕｆｍａｎおよびＲｏｂｉｎｓｏｎ（１９９３年）は、スペース推進(space propulsion)のための幅広ビームイオン源と産業的な用途を提案した［特許文献１］。
【特許文献１】米国特許第5,274,306号明細書
【特許文献２】米国特許第6,287,435号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第09/896,890号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第10/324,213号明細書
【非特許文献１】Furuya A および Hirono S, 1990年, J. Appl. Phys., 68(1), 304 10.
【非特許文献２】I L, Hinson D C, Class W H & Sandstorm R L 1984 Appl. Phvs., Lett. 44(2), 185.
【非特許文献３】Wickramanayaka S および Nakagawa Y 1998年 Jpn. J. Appl. Phys. 37(11, Pt. 1), 6193.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、放電をもたらすか、または粒子を汚染する危険性の低い単純な高濃度プラズマ源が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、単純な高濃度プラズマ源、特にｉＰＶＤにとって有用な源を提供することである。本発明の他の目的は、処理チャンバー中で環境を汚染しうる放電または粒子をもたらす可能性を低減したプラズマ源を提供することである。本発明のさらに他の目的は、交換高濃度プラズマ源として使用できるプラズマ源を提供することである。本発明のさらなる目的は、対称的で均一なプラズマを作ることができる高濃度プラズマ源を提供することである。
【００１１】
本発明の原理によれば、高濃度で、容量結合されたプラズマ源が、磁界に埋設されるＲＦ電極により提供される。磁界は磁石または磁石パックによって生成できる。磁石パックは、例えば複数の磁石とヨークを含むことができる。磁力線は、プラズマまたは処理チャンバーに面する電極の表面にほぼ平行なように、あるいは一致するように位置する。
【００１２】
例示した実施の形態では、源は、特許文献２に開示されたタイプのＩＣＰプラズマ源に対する代替のドロップイン(drop−in)交換品である。源の磁石パックによって生成される磁界は、電極表面近くの電界強度を最大にし、一方、磁束漏れを最小にするよう設計される。磁石パックの後方および側面を囲む強磁性シールドは、磁束漏れを最小にするのに効果がある。漏れを最小にすることは、磁石の分量と中央の強度の構成、および磁石パックのリング磁石によっても促進することができる。プラズマ源がスパッタリングターゲットの中央に置かれる状況では、プラズマ源磁石からの磁束漏れは、スパッタリングカソード組立体の性能を不利にし、または設計を複雑化する可能性がある。特にこのような用途のために、形状の目標は、外側のリング磁石から出るほぼすべての磁束が、プラズマ源の外へ外れることを避けるようにすることである。
【００１３】
電極の環状（annular：アニュラー）表面の下に横たわる磁石を、例えばリング形状の磁石のような内側および外側の磁石、後方ヨークまたは後方磁石リング、電極表面に並べた中央の磁石と一体化することによって、高い磁界強度が達成される。これらの磁石の磁束漏れ、幾何学構成、および強度は、好ましくは磁界強度ができるだけ大きくなる状態で慎重に設計される。高い磁界強度は電極の直流（ＤＣ）電圧を低下させ、そして源が、少なくとも約１００ｍＴｏｒｒに及ぶ、より高い圧力で動作することを可能にする。
【００１４】
望ましい実施の形態では、磁石パックは、銅またはアルミニウムの箔の薄い保護層によってＲＦ域からシールドされる。さらにその磁石は、好ましくはそこから熱的に絶縁される。
【００１５】
本発明のある特定の局面によれば、源は、外側に曲げられるかあるいは一様に凸形で、チャンバーに向かって外向きに伸びるＲＦ電極が提供される。この形状は源から処理空間へのプラズマの放出を容易にする。
【００１６】
本発明の代案の実施の形態では、源はその中央において開口として形成される。開口形状により、源の中央部はガス供給部またはシャワーヘッドとして使用できる。このような源は平らにすることができ、あるいは円錐形か円筒形の幾何学構成が提供されうる。このような代替の形状は、高いプラズマ均一性を供給するために使用できる。
【００１７】
電極を磁界に埋設された状態でプラズマ源を提供することにより得られる有利な点は、磁界中のプラズマが、プラズマ波と呼ばれる自然な振動モードを呈するということである。これらは速度と波長を有する通常の意味での波である。この挙動は、プラズマがＲＦ波をシールドしてそれを表層厚さに閉じ込め、また波長と速度の概念が有効（妥当）ではないようなＩＣＰ源のものとは異なっている。プラズマは２つのタイプの波、すなわち電磁気的な波、および静電気的な波をサポートしている。これらはその特性上：つまり、波長、エネルギー輸送メカニズム、および偏光において、非常に異なった２つの波である。電磁波とは異なり、静電波は電界と電流によってエネルギーを運搬する。波の電流部分はエネルギー損失と電子加熱に関与している。ヘリコン(helicon)プラズマにおいて電磁波はヘリコン波と呼ばれる。
【００１８】
本発明による源のほとんどの実施の形態は、ヘリコン波にわずかのパワー（または電源またはエネルギー）しか投入されないか、または全く投入されないという状態で静電波を直接励起するものと期待される。これは、ＲＦ電流によって大量のプラズマにＲＦエネルギーが浪費されるような典型的な容量性の源とは異なり、電極に近い電子にエネルギーを消散させる。
【００１９】
本発明による源によって、非常に良好な結合が電界とプラズマ波の間に提供され、そしてプラズマへのパワー移送は非常に効率的である。結果として、プラズマは源に対し高いインピーダンスを与える。これは、より低いＲＦ電圧と、減少された電極のＤＣバイアスをもたらす。最終的な結果は、低減された電極のスパッタリングと、増加されたプラズマ濃度をもたらす。
【００２０】
ｉＰＶＤモジュール（交換可能な部分）においては、本発明による源は、単純さ、対称性、および高い処理性能を提供する。
【００２１】
電極を形成して強い磁界中に埋設することは、電極のスパッタリングを減らし、プラズマ濃度を増加させる。源のハードウェアの単純化は誘導結合高周波プラズマ源に対する興味深い選択肢を構成する。本発明による源は適切に配置され、特にさらなる単純さと改善されたプラズマ対称性を提供しながら、プラズマ均一性と同時二極性ドリフト(ambipolar drift)に悪影響を与えることなく、ドロップイン交換品のプラズマ源としての役割を果たすことができる。
【００２２】
本発明の源は、誘電体ウインドウと、その誘電体ウインドウをシールドするために通常的に提供されるバッフルシールド(baffle shield)を必要とせずにＩＣＰ源の利点を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のこれらおよび他の目的とその利点は、図面を用いた以下の詳細な説明から一層容易に明白となるであろう。
【００２４】
図１は、イオン化物理的気相蒸着（ｉＰＶＤ）またはスパッタコーティング機器のようなウェハ処理装置１０を示し、そこでは半導体ウェハ１５が金属膜（図示せず）の適用（塗布）によって処理される。装置１０は、内包される処理チャンバー１２を囲んだチャンバー壁１１を含む。チャンバー壁１１は通常接地される。リッド１３はチャンバー壁１１をシールおよび接地し、チャンバー１２の一端における開口を閉じる。プロセスガス源１６がチャンバー１２内にプロセスガスを供給し、他方、真空ポンプ１７がチャンバー１２内の真空圧力レベルにガスを維持する。チャンバー１２内の基板サポート１８が、処理のためにその中のウェハを支持する。いくつかのシールドの１つであるチャンバーシールド１４がチャンバー壁１１および他のさらなる常設のチャンバー部品を蒸着（堆積）から保護する。コーティング材料源２０がリッド１３により支持されて提供され、サポート１８上のウェハ１５に面する。
【００２５】
材料源２０はコーティング材料のスパッタリング標的２１を含み、そして示した実施形態において、それは環状、さらに詳しくは円錐台形状(frusto-conical)である。ＲＦエネルギー源２２は、ここに参考として明確に組み入れられた特許文献２(米国特許第6,287,435号明細書)で詳細に開示された方法で、環状の標的２１の中央の開口にマウントされる。この特許文献２においては、ＩＣＰ ＲＦ源は、溝を付けたバッフル(slotted baffle)によってコンタミネーション（汚染）から保護された誘電体ウインドウ後方において、チャンバーの外側にアンテナを有していると記載されている。
【００２６】
本発明によるＲＦエネルギー源２２の実施形態は、チャンバー１２の軸線１９に中心を合わせられた金属電極２３を含む。電極２３は、それの表面４１がチャンバー１２に面する状態で、標的２１内の中央の開口をシールするようにマウントされている。電極２３は、１対の環状の絶縁体２４および２５によって標的２１から電気的に絶縁され、そしてそれらの間には接地された環状の金属シールド２６が存在する。標的２１はＤＣ電源２７の負の出力に電気的に接続され、他方、電極はＲＦ発生器２８のＲＦ出力に接続する入力端子２８ａを持つ。商用のＨＦ周波数が発生器のために使用できるが、約６０ＭＨｚの一層高い周波数が好ましい。電極２３の後方には、軸線１９上に中心を合わせられ、またチャンバー１２内の電極２３の表面４１上に伸びるような、環状の磁気トンネル形状磁界３１を作る環状の磁石パック３０がある。
【００２７】
ＲＦ電極２３は、好ましくはスパッタリング標的２１と同じ材料から作られる。電極２３は、磁石３２〜３６と磁石パック３０の強磁性バックピース(back piece)３７とによって生成された磁界３１に埋設される。これらの磁石は、３つの同心で環状の部分３３〜３５から形成された表面磁石または電極磁石を含むが、それら環状の部分３３〜３５自体も磁石であって、一様に方向付けられた放射状の極軸、および外側および内側の磁石３２と３６を持っている。バックピース３７は、例えば強磁性ヨークでありうる。理想的には、磁界３１の磁力線は、処理チャンバー１２に面する電極２３の表面４１にほぼ平行であり、あるいは一致する。電極２３は、その周囲に、装置１０における循環冷却水供給システム（図示せず）にその反対側端部で接続する水冷チャンネル２９を備える。
【００２８】
ＲＦエネルギー源２２は既存のＩＣＰ源に対しドロップイン交換品として構成することができる。従って、ＲＦ源２２はスパッタリング標的２１上に置かれ、図２に示したＲＦ絶縁体２４によって分離される。このようなｉＰＶＤ機器のためのＩＣＰ源は、２００１年６月２９日に出願され、ここに参考として明確に組み入れられた特許文献３(米国特許出願公開第09/896,890号明細書)に記載されている。このようなＩＰＶＤ源組立体を交換するために、源は、例えば外部接地コネクタ、外部標的パワー（電源）コネクタ、ＲＦパワー（電源）コネクタ、外部冷却流体再循環ポート、内部標的パワー（電源）端子、内部ＲＦコネクタ、複数の内部冷却流体ポート、およびチャンバー上部の開口周り源をシールするように構成されたサポート構造を備えたハウジング組立体を含むことになろう。
【００２９】
磁界形状に起因して、電極２３のいくつかの部分はスパッタリングする傾向があるので、電極はスパッタリング標的２１と同じ材料から作られているのが望ましい。シールド２６は状況に応じて標的２１と源２２との間に提供することができ、プラズマが電位を構築することが可能な局所的な接地または他の基準をプラズマに提供する。シールド２６は、標的２１からシールド２６を絶縁する絶縁体２４と、電極２３からシールド２６を絶縁する絶縁体２５との間にマウントされる。またシールド２６は、好ましくは電極２３と同じ材料から作られる。シールド２６は、可能ならば接地され、または何らかの他の電圧に直流（ＤＣ）バイアスされ、あるいは処理の重要性に応じてフローティングさえもされうる。
【００３０】
磁界３１は、電極２３の表面４１近くの磁界強度を最大にするよう設計される。磁束漏れを最小にすることも望ましく、このことは、以下で図５に関連して説明するように、強磁性バックピース３７の代わりに、あるいは望ましくはそれに追加して、強磁性シールド３７ｂを使うことによって達成できる。磁石パック３０、とりわけその内側のリング磁石３６および外側のリング磁石３２の体積および強度の注意深い設計のような、他の設計アプローチにより、さらに幾らか磁束漏れを減らすことができる。マグネトロン・スパッタリング・カソード・アセンブリー(magnetron sputtering cathode assembly)のような、漏れる磁束が他のチャンバー部品と干渉する可能性のある用途において、磁界３１のほぼすべての磁束をプラズマ源２２内に閉じ込めることを確実にすることが目標である。
【００３１】
磁界３１の高い磁界強度は、外側および内側のリング磁石３２と３６を、リング磁石３２と３６の間の電極２３の環状領域の電極表面４１に並んだ磁石、例えば磁石３３〜３５と一体化することによって達成することができる。これらの磁石３３〜３６の幾何学構成と強度は、さらなる磁束漏れを最小にするために最適化できる。側面磁石３２と３６は、電極２３により近い磁極が表面磁石３３〜３５の隣接する極と同じ極性である状態で、電極２３の表面に一様に垂直なそれらの極軸を持っている。この説明では、これは外側の磁石のＮ極と内側の磁石のＳ極である。磁石パック３０の磁石の共通の極をお互いに隣接するように置くことが磁石を分離させる傾向のある磁力をもたらすので、磁石パック３０の磁石は、樹指または他の筐体（図示せず）に入れるのが好ましい。
【００３２】
磁界３１の強度は、可能な限り大きく、例えば少なくとも１ｋＧを超えるのが好ましい。高い磁界強度は電極２３の電圧を低下させ、またＲＦ源が一層高い圧力、例えば１００ｍＴｏｒｒ程度かさらに高い圧力で動作することを可能にする。電極磁石３３〜３５は、電極２３のチャンバー側表面にわたって伸びる磁界３１の強度に最も寄付する。側面磁石３２および３６の追加は、鉄ヨーク形態のバックピース３７とともに、磁界３１を約３０％増加させる。より厚い電極磁石３３〜３５を使用することは、磁界３１の強度における増加をももたらす。磁石が作られる材料のために結合したＮｅＦｅＢを使うことは、約４００〜５００ガウスにおいて磁界３１の強度を作り、そしてその状況で、さらに強いＮｅＦｅＢ磁石材料を使うことは、約１４００〜１５００ガウスの磁界強度を作る。
【００３３】
磁石パック３０は、好ましくは、銅またはアルミニウムの箔（図示せず）の薄い保護層によってＲＦ域からシールドされ、磁石３２〜３６と磁石パック３０に対するヨーク３７ＲＦ発熱とエネルギー損失を最小にする。さらに、電極２３がかなり熱くなるにつれて、磁石３２〜３６と磁石パック３０の他の部品はシールド２３から熱的に絶縁されうる。
【００３４】
ＲＦ電極２３とその表面４１は凸形であるか、またはチャンバー１２に向かって「外側へ」曲げられている。この形状は源から処理空間へのプラズマの放出を容易にする。チャンバー１２に面する磁界３１の磁力線の曲率および電極２３の表面の曲率は、ほぼ同一である。これを最も良好に達成するために、電極２３と磁石パック３０は一緒に設計でき、そしていずれか一方のものの設計は他方のものの形状に従うように修正されうる。設計目標は、電極の内側と外側のエッジの間のこの表面の大部分を横切る磁界３１の形状に、電極２３のチャンバー側表面の形状を、側面磁石３２と３６の近傍において電極２３にのみ磁界３１がカーブして入り込むという状態で、合わせるべきである。
【００３５】
他の実施形態は、電極２３から軸線１９の周り中央部を分離することによって、開いたＲＦ源２２ａを提供することを基本にできる。これは、電気的または物理的に電極２３から分離することができる中央部４２と、図３に示されるように電極２３ａを離す。このような形状は、特にプラズマ均一性がさらに重要である状況のような、ある一定の処理用途にとって有利でありうる。源２３ａの中央部４２は、例えばガス供給装置、シャワーヘッド、またはプラズマ形成電極として使用できる。
【００３６】
他の実施形態は、電極２３ｂが備えられ、図４に示すような円錐形または円筒状（図示せず）などの、非平面的幾何学構成を持った、開いたＲＦ源２２ｂを含みうる。
【００３７】
図５に示すように、バック磁石(back magnet)３７ａは、強磁性体のヨークの代わりにバックピース３７に対して提供することができ、それによって磁界の強度３１を約１０％増加させる。さらに、磁束漏れを減らすために、バックピース３７に追加、またはバックピース３７のヨークか磁石の目的をも果たすもののいずれかとして、強磁性体のシールド３７ｂを提供することができる。このようなシールド３７ｂは、好ましくは磁石パック３０の後方に位置する平面的なディスク部分を持ち、そしてそれは、外側の磁石３２の外側で磁石パック３０を取り囲む円筒形のエッジ部と一体である。この形状は、磁石パック３０からの磁界をプラズマ源２２の外径内に放射状に閉じ込め、それにより、プラズマ源２２からの磁界が標的２１に関係するいずれの磁界とも結合しない。
【００３８】
バック磁石３７ａは、好ましくは、図６に示すようにセグメント(segment)３８に加工される。ほぼ円形か環状のバック磁石３７ａのために、このようなセグメントは、くさび形の角度方向のセグメントであり、それぞれの極軸を放射状に向けた状態で隣接して設置された環状リングを形成する。このようなセグメント化された構造は、このような磁石のセグメントそれぞれの極軸が図示のようにＮ極とＳ極の間に伸びる状態で、磁石３２〜３６のいずれにも備えることができる。
【００３９】
図５のシールド３７ｂは、磁石３７ａまたは他のバックピースから分離されたシールドとして示されている。このようなシールドは、例えば１００８鋼か１０１０鋼のような鋼材から作ることができ、また数ミリメートル厚さとすべきである。外側のシールドの円筒状の部分は、外側の磁石３２から約２〜３センチメートルにあることが好ましい。
【００４０】
本発明によるＲＦ源２２は、磁気強化反応イオンエッチャー(magnetically enhanced reactive ion etcher:MERlE)でもなく、ＥＣＲ源(electron cyclotron resonance:電子サイクロトロン共鳴源)でもなく、またヘリコン源でもない。それはＲＦマグネトロンの電磁相互作用、あるいは、ＫａｕｆｍａｎおよびＲｏｂｉｎｓｏｎ（１９９３年）により特許文献１において提案され、スペース推進と産業的用途のために使われるブロードビームイオン源(broad beam ion source)であるところのプラズマ推進源(plasma propulsion source)の特性のいくつかを持つ。その特許文献１の磁界と電極形状は、図４に示す本発明の実施形態の、開いた形状および円筒形の幾何学構成といくらか類似点を持っている。
【００４１】
さらに、本発明の源による電子へのエネルギー輸送のメカニズムは、ＥＣＲ源によるものとは基本的に異なっている。ＥＣＲ源では、ＲＦ磁界は、常に電子を加速する方法で局所的なサイクロトロン振動数に一致させられる。本発明の源では、電界は、電極面に平行な電流のシートを生成する。これらの電流のシートが振動し、そしてガスとプラズマイオンに衝突して消散する。
【００４２】
同様に、本発明による源は、磁気強化反応イオンエッチャーのものとも異なる。このようなエッチャーの磁気的に強化された容量性源は、電子のサイクロトロン動作に依存するものとして、ＥＣＲ源に類似している。これらの源では、ＲＦ磁界周波数は、電子サイクロトロン振動数の２倍である。プラズマシース界面において、振動シースはそれらのサイクロトロン回転のそれぞれの半周期の間に電子を加速する。
【００４３】
本発明の源は、主に波動励起法によるヘリコン源とも異なる。２つの源のタイプ間の主な違いは、ＲＦ「エミッタ」（放出体）にある。ヘリコン源では、エミッタは、ＲＦ電流がプラズマ中の電磁界の励起に関与するアンテナである。本発明の源では、エミッタは、ＲＦ電界がプラズマ中の電界の励起に関与する電極である。結果として本発明の源は、すべてのパワーが最も効率的なパワー堆積チャネル(power deposition channel)に入るという状態で、ヘリコン源よりも一層効率的であり得る。
【００４４】
本発明によるＲＦ源では、増加した磁界がＲＦ電圧の低下をもたらし、プラズマ濃度の増加と、電極スパッタリング率の減少をもたらす。
【００４５】
標的の表面に平行な磁界を作ることに対し、磁石構造が本発明の共同発明者であるデレク・アンドリュー・ラッセル(Derrek Andrew Russell)によって提案された。これは、ここに参考として明確に組み入れられ、同一出願で同時係属中の特許文献４(米国特許出願公開第10/324,213号明細書)で記載されている。
【００４６】
本発明は模範的な実施形態の状況で記述してきた。当業者ならば、ここに記載された特徴への付加、削除、および変更が本発明の原則から逸脱することなく成されうる、ということを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のある特定の実施形態による高濃度プラズマ源が設置されたｉＰＶＤ機器の断面図である。
【図２】図１のｉＰＶＤ機器のコーティング材料源組立体の拡大面図であって、さらに高度に詳細にプラズマ源を示す。
【図３】図２に類似する拡大断面図であって、代案のコーティング材料源組立体を示す。
【図４】図２および図３に類似する拡大断面図であって、他の代案のコーティング材料源組立体を示す。
【図５】図２に類似する拡大断面図であって、プラズマ源のある特定の実施形態の追加的特徴を示す。
【図６】図５のプラズマ源のバック磁石の斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ウェハ処理装置
１２  処理チャンバー
１４  チャンバーシールド
１５  半導体ウェハ
１６  プロセスガス源
１７  真空ポンプ
１８  基板サポート
１９  軸線
２０  コーティング材料源
２１  スパッタリング標的
２２  ＲＦ源（プラズマ源）
２２ａ、２２ｂ  ＲＦ源
２３  ＲＦ電極
２３ａ、２３ｂ  電極
２４、２５  絶縁体
２６  シールド
２８  ＲＦ発生器
２９  水冷チャンネル
３０  磁石パック
３１  磁界
３２  リング磁石
３３〜３５  表面磁石
３６  リング磁石
３７  バックピース
３７ａ  バック磁石
３７ｂ  強磁性シールド
４１  電極表面
４２  中央部
【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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【国際調査報告】
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