(57)【要約】【課題】ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる基板処理装置、プラズマ成膜方法、及び成膜方法を提供する。【解決手段】プラズマ成膜装置１は、処理チャンバ２と、ペデスタル７と、プロセスガスを導入するための手段と、コイル１２、１７と、磁気シールド３５とを備える。ペデスタル７、基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部７ａを有する。処理チャンバ２はペデスタル７を収容する。コイル１２、１７は、処理チャンバ２の外側に位置しており、処理チャンバ２とペデスタル７との間のプラズマ生成領域にプロセスガスのプラズマを生成するように設けられている。磁気シールド３５は、処理チャンバ２を覆うように設けられている。【選択図】　図１
2004022988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記コイル、前記ペデスタル及び前記処理チャンバの外側に位置しており前記基準面に交差する軸の周りに設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項２】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間のプラズマ生成領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記コイル及び前記処理チャンバの外側に位置しており前記プラズマ生成領域を覆うように設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項３】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記処理チャンバ及び前記コイルの外側に位置しており前記処理チャンバの周囲を全体的に覆うように設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項４】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記プラズマが生成されていなときに前記基準面に平行な磁束密度成分が前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域において１×１０２マイクロ・テスラ以下になるように、前記処理チャンバの外側に位置しており前記基準面に交差する軸の周りに設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項５】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記プラズマが生成されていなときに前記基準面に平行な磁束密度成分の最大値と最小値との差が前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域において０．８×１０２マイクロ・テスラ未満になるように、前記処理チャンバの外側に位置しており前記基準面に交差する軸の周りに設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項６】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記プラズマが生成されていなときに前記基準面に平行な磁束密度成分が前記ペデスタルの前記支持部の直上において０．６×１０２マイクロ・テスラ以下になるように、前記処理チャンバの外側に位置しており前記基準面に交差する軸の周りに設けられた磁気シールドと
を備える基板処理装置。
【請求項７】
前記処理チャンバの外側に位置しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するための別のコイルを更に備え、
前記処理チャンバは、前記基準面に交差する軸方向に沿って伸びる側壁部と前記側壁部の一端に設けられた蓋部を有しており、
前記コイルは、前記側壁部の外側に位置しており、
前記別のコイルは、前記蓋部上に位置しており、
前記磁気シールドは、前記別のコイルの外側に設けられている、
請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記処理チャンバは、前記基準面に交差する軸方向に沿って伸びる側壁部と前記側壁部の一端に設けられた底部を有しており、
前記磁気シールドは、前記底部に到達するように前記処理チャンバの外側に沿って伸びる、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記コイルの前記一端に電力を供給する第１の給電線と、
前記コイルの前記他端に電力を供給する第２の給電線と、
前記第１及び第２の給電線を磁気的にシールドするための手段と
を更に備える請求項１〜８のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記コイルの前記一端に電力を供給する第１の給電線と、前記コイルの前記他端に電力を供給する第２の給電線と
を更に備え、
前記第１の給電線は、前記コイルの前記一端から所定の軸に沿って伸びる部分を有しており、
前記第２の給電線は、前記コイルの前記他端から前記所定の軸に沿って伸びる部分を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記所定の軸は、前記基準面に交差する方向に伸びる、請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２の給電線は前記基準面に平行な面に沿って伸びる、請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記磁気シールドは高透磁率材料からなる、請求項１〜１２のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１４】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記コイルの前記一端に電力を供給する第１の給電線と、
前記コイルの前記他端に電力を供給する第２の給電線と、
前記第１及び第２の給電線を磁気的にシールドするための手段と
を備える基板処理装置。
【請求項１５】
プラズマを用いる基板処理装置であって、
基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有するペデスタルと、
前記ペデスタルを収容する処理チャンバと、
プロセスガスを導入するための手段と、
前記処理チャンバの外側に位置しており一端及び他端を有しており前記処理チャンバと前記ペデスタルとの間の領域に前記プロセスガスのプラズマを生成するためのコイルと、
前記コイルの前記一端に電力を供給する第１の給電線と、
前記コイルの前記他端に電力を供給する第２の給電線と
を備え、
前記第１の給電線は、前記コイルの前記一端から所定の軸に沿って伸びる部分を有しており、
前記第２の給電線は、前記コイルの前記他端から前記所定の軸に沿って伸びる部分を有している、基板処理装置。
【請求項１６】
前記所定の軸は、前記基準面に交差する方向に伸びる、請求項１４または請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２の給電線は前記基準面に沿って伸びる、請求項１４または請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１８】
当該基板処理装置は、高密度プラズマＣＶＤ装置である、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１９】
請求項１〜請求項１８のいずれかに記載の基板処理装置を準備するステップと、
前記基板処理装置の前記ペデスタル上に基板を置くステップと、
前記基板処理装置の前記コイルの高周波電流を流してプロセスガスのプラズマを生成して前記基板上に成膜するステップと
を備えるプラズマ成膜方法。
【請求項２０】
成膜する前記ステップにおいて、前記基板上に酸素及びシリコンを含む絶縁性シリコン化合物膜を形成する、請求項１９に記載のプラズマ成膜方法。
【請求項２１】
プラズマ成膜法を用いて基板上に膜を形成する成膜方法であって、
所定の基準面に沿ってチャンバ内に基板を置くステップを備え、前記チャンバ内において前記所定の基準面に平行な磁束密度成分の大きさは、１×１０２マイクロ・テスラ以下であり、
プロセスガスのプラズマを前記チャンバ内において生成して前記基板上にゲート絶縁膜を堆積するステップを備える、成膜方法。
【請求項２２】
前記ゲート絶縁膜の厚さは１０ナノメートル以下である、請求項２１に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置、プラズマ成膜方法、および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン半導体集積回路に含まれるトランジスタは、微細化が進み、短いゲート長だけでなく薄いゲート膜も求められている。このようなトランジスタを形成するために、シリコン半導体集積回路の分野ではプラズマ処理装置を用いてシリコン基板に様々な処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、シリコン半導体集積回路のための薄いゲート膜の形成に使用するプラズマ処理装置の開発に従事している。発明者らは、このような薄いゲート膜を形成する高密度プラズマ（ＨＤＰ）処理装置を研究している。
【０００４】
発明者らは、ＨＤＰ処理装置を用いて極薄ゲート膜を形成する実験を行った。この実験において、テストエレメントグループ（ＴＥＧ）を用いてゲート膜の品質を評価した。この評価によれば、極薄ゲート膜を形成する際にゲート膜に損傷が生じている可能性があることが明らかになった。また、ゲート膜の損傷部分は、基板の面内において所定の傾向が存在するように見えた。この傾向を生じさせている原因を明らかにするために、発明者らは更に実験を進めた。発明者らは、この実験結果に検討から、ゲート膜の損傷はプラズマの不均一により生じている可能性があると考えている。そこで、発明者らは、プラズマの不均一の原因をいろいろと検討した結果、以下のような発明を成すに至った。
【０００５】
本発明の目的は、半導体プロセスのために用いられるプラズマの均一性を向上できる基板処理装置、プラズマ成膜方法および成膜方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面はプラズマを用いる基板処理装置に係わる。この基板処理装置は、ペデスタルと、処理チャンバと、プロセスガスを導入するための手段と、コイルと、磁気シールドとを備える。ペデスタルは、基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有する。処理チャンバは、ペデスタルを収容する。コイルは、一端及び他端を有しており、処理チャンバの外側に位置しており、処理チャンバとペデスタルとの間のプラズマ生成領域にプロセスガスのプラズマを生成するように設けられている。磁気シールドの形態が下記に示される。
【０００７】
磁気シールドは、基準面に交差する軸の周りに設けられており、コイル、ペデスタル及び処理チャンバの外側に位置している。この磁気シールドは、基準面に交差する軸の周りに位置する処理チャンバ壁を磁束が通過しないように処理チャンバを磁気シールドすることにより、コイル及びペデスタルの近傍のプラズマに外部磁場が与える影響を低減する。外部磁場を低減することにより、ペデスタル上における磁束密度の強度の面内偏差が低減する。この結果、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる
また、本発明の基板処理装置において、磁気シールドは、コイル及び処理チャンバの外側に位置しており、プラズマ生成領域を覆うように設けられている。この磁気シールドは、処理チャンバとペデスタルとの間の領域に生成されるプラズマが外部磁場から受ける影響を低減する。
【０００８】
さらに、本発明の装置において、磁気シールドは、処理チャンバ及びコイルの外側に位置しており、処理チャンバの周囲を全体的に覆うように設けられている。この磁気シールドは、処理チャンバを通過する磁束を確実にシールドできる。
【０００９】
またさらに、本発明の装置において、磁気シールドは、プラズマが生成されていなときに基準面に平行な磁束密度成分が処理チャンバとペデスタルとの間の領域において１×１０２マイクロ・テスラ以下になるように、処理チャンバの周囲に位置しており基準面に交差する軸の周りに設けられている。この磁気シールドは、基準面に交差する軸の周りに設けられた処理チャンバ壁を通過する磁束を縮小して、平行磁束密度成分を１×１０２マイクロ・テスラ（１ガウス）以下にしている。発明者の実験によれば、この程度の小さい磁束密度でもプラズマに影響を与えている。
【００１０】
さらにまた、本発明の基板処理装置において、磁気シールドは、プラズマが生成されていなときに基準面に平行な磁束密度成分の最大値と最小値との差が処理チャンバとペデスタルとの間の領域において０．８×１０２マイクロ・テスラ（０．８ガウス）未満になるように、基準面に交差する軸の周りに設けられており、処理チャンバの周囲に位置している。この磁気シールドは、基準面に交差する軸の周りに設けられた処理チャンバ壁を通過する磁束を縮小して、平行磁束密度成分を０．８×１０２マイクロ・テスラ未満にしている。発明者の実験によれば、この程度の小さい磁束密度でもプラズマに影響を与えている。
【００１１】
加えて、本発明の基板処理装置において、磁気シールドは、処理チャンバの周囲に位置しており、プラズマが生成されていなときに基準面に平行な磁束密度成分がペデスタルの支持部とチャンバとの間の領域において０．６×１０２マイクロ・テスラ（０．６ガウス）以下になるように、基準面に交差する軸の周りに設けられている。この磁気シールドは、基準面に交差する軸の周りに設けられた処理チャンバ壁を通過する磁束を縮小して、平行磁束密度成分を０．６×１０２マイクロ・テスラ以下にしている。発明者の実験によれば、この程度の小さい磁束密度でもプラズマに影響を与えている。
【００１２】
本発明の基板処理装置は、別のコイルを更に備える。別のコイルは、処理チャンバの外側に位置しており処理チャンバとペデスタルとの間の領域にプラズマを生成するように設けられている。処理チャンバは、基準面に交差する軸方向に沿って伸びる側壁部と側壁部の一端に設けられた蓋部を有している。コイルは側壁部の外側に位置しており、別のコイルは蓋部上に位置している。
【００１３】
磁気シールドは、別のコイルの外側に設けられている。この磁気シールドは、処理チャンバ蓋部を通過する磁束を縮小して、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくしている。
【００１４】
本発明の基板処理装置において、処理チャンバは、基準面に交差する軸方向に沿って伸びる側壁部と側壁部の一端に設けられた底部を有している。磁気シールドは、底部に到達するように処理チャンバの外側に沿って伸びる。この磁気シールドは、処理チャンバ底部を通過する磁束を縮小して、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくしている。
【００１５】
本発明の基板処理装置は、第１及び第２の給電線と、磁気シールド手段とを更に備える。第１の給電線は、コイルの一端に電力を供給するように設けられており、第２の給電線は、コイルの他端に電力を供給するように設けられている。磁気シールド手段は、第１及び第２の給電線を磁気的にシールドするように設けられている。第１及び第２の給電線に流れる電流は、磁場を発生する。磁気シールド手段は、この磁場を、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくするようにシールドする。
【００１６】
また、本発明の基板処理装置は、第１及び第２の給電線を更に備える。第１の給電線は、コイルの一端に電力を供給するように設けられており、コイルの一端から所定の軸に沿って伸びる部分を有している。第２の給電線は、コイルの他端に電力を供給するように設けられており、コイルの他端から所定の軸に沿って伸びる部分を有している。
【００１７】
本発明の基板処理装置では、所定の軸は基準面に交差する方向に伸びる。また、　本発明の基板処理装置では、第１及び第２の給電線は基準面に平行な面に沿って伸びる。
【００１８】
第１及び第２の給電線は共に所定の軸に沿う方向に電流を流すように配置されているので、当該部分において両コイル電流は互いに逆方向に流れる。この形態では、一方の電流により生成される磁場は他方の電流によって生成される磁場を打ち消すように作用する。
【００１９】
本発明の基板処理装置では、磁気シールドは、パーマロイ材、電磁ステンレス鋼といった高透磁率材料からなる。
【００２０】
本発明の別の側面は、プラズマを用いる基板処理装置に係わる。この基板処理装置は、ペデスタルと、処理チャンバと、プロセスガスを導入するための手段と、コイルと、第１及び第２の給電線と、磁気シールド手段とを備える。ペデスタルは、基準面に沿って伸び基板を支持するための支持部を有する。処理チャンバは、ペデスタルを収容する。コイルは、一端及び他端を有しており、処理チャンバの外側に位置しており、処理チャンバとペデスタルとの間のプラズマ生成領域にプロセスガスのプラズマを生成するように設けられている。
【００２１】
第１の給電線は、コイルの一端に電力を供給する。第２の給電線は、コイルの他端に電力を供給する。磁気シールド手段は、第１及び第２の給電線を磁気的にシールドするように動作する。第１及び第２の給電線に流れる電流は、磁場を生じさせる。磁気シールド手段は、この磁場を、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくするようにシールドする。また、本発明の基板処理装置では、磁気シールド手段は、パーマロイ材、電磁ステンレス鋼といった高透磁率材料から形成された磁気シールドを含む。
【００２２】
また、本発明の基板処理装置は、第１及び第２の給電線を更に備える。第１の給電線は、コイルの一端に電力を供給するように設けられており、コイルの一端から所定の軸に沿って伸びる部分を有している。第２の給電線は、コイルの他端に電力を供給するように設けられており、コイルの他端から所定の軸に沿って伸びる部分を有している。
【００２３】
本発明の基板処理装置では、所定の軸は基準面に交差する方向に伸びる。あるいは、本発明の基板処理装置では、第１及び第２の給電線は基準面に沿って伸びる。第１及び第２の給電線は共に所定の軸に沿う方向に電流を流すように配置されているので、当該部分において両コイル電流は互いに逆方向に流れる。この形態では、一方の電流により生成される磁場は他方の電流によって生成される磁場を打ち消すように作用する。
【００２４】
本発明の別の側面の基板処理装置における給電線の様々な形態、及び磁気シールド手段の様々な形態は、本発明の一側面の基板処理装置にも適用できる。また、　本発明の一側面及び別の側面の基板処理装置は、高密度プラズマＣＶＤ装置であるようにできる。
【００２５】
本発明の更に別の側面は、プラズマ成膜方法に係わる。プラズマ成膜方法は、（ａ）上記の基板処理装置を準備するステップと、（ｂ）基板処理装置のペデスタル上に基板を置くステップと、（ｃ）基板処理装置のコイルの高周波電流を流して該プロセスガスのプラズマを生成して基板上に成膜するステップとを備える。この方法によれば、プラズマの均一性を向上できる基板処理装置を用いて、成膜を行うことができる。
【００２６】
プラズマ成膜方法では、成膜するステップにおいて、基板上に酸素及びシリコンを含む絶縁性シリコン化合物膜を形成する。本発明は、絶縁膜の形成に適用でき、また絶縁膜の損傷の可能性を低減できる。
【００２７】
本発明のまた更に別の側面は、プラズマ成膜法を用いて基板上に膜を形成する方法に係わる。この方法は、（ａ）所定の基準面に沿ってチャンバ内に基板を置くステップを備え、このチャンバ内において所定の基準面に平行な磁束密度成分の大きさは、１×１０２マイクロ・テスラ以下であり、（ｂ）プロセスガスのプラズマをチャンバ内において生成して基板上にゲート絶縁膜を堆積するステップを備える。この方法において、ゲート絶縁膜の厚さは１０ナノメートル以下であることができる。また、プロセスガスは、膜の構成元素を含むことができる。
【００２８】
本発明の上記の目的及び他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述からより容易に明らかになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の基板処理装置、成膜方法、およびプラズマ成膜法を用いて基板上に膜を形成する方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）ＣＶＤ装置といったプラズマ成膜装置を示す概略図である。プラズマ成膜装置１は、処理チャンバ２を備える。処理チャンバ２は、チャンバ本体部３と、蓋部（ドーム）４とを有する。蓋部４は、セラミックといった絶縁体で形成されており、チャンバ本体部３を覆うようにチャンバ本体部３上に配置されておりプラズマを形成するための領域を提供している。蓋部４上には、蓋部４の温度を調整するための加熱プレート５ａおよび冷却プレート５ｂといった温度調整手段、並びにガス導入部を保持する支持プレート６が設置されている。
【００３１】
処理チャンバ２内には、ウェハＷといったワークピースを支持するペデスタル７が設置されている。ペデスタル７の支持部７ａは、径３００ｍｍのウエハを支持できるように基準面に沿って伸びている。ペデスタル７は、マッチングネットワーク１５ａといったインピーダンス整合回路とキャパシタ１５ｂとを介して、ＲＦジェネレータ１６といった交流電源に接続されている。ＲＦジェネレータ１６は、ペデスタル７にバイアス用高周波電力を供給する。
【００３２】
処理チャンバ２は、処理チャンバ２内を減圧排気するための減圧排気手段９を有する。減圧排気手段９は、基板支持部７の背面に配置されたスロットルバルブ９ａ、ゲートバルブ９ｂ、およびターボ分子ポンプ９ｃをいった減圧ポンプを含む。これら９ａ〜９ｃは排気経路を形成する。
【００３３】
処理チャンバ２には、プロセスガスを処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部１８が設けられている。プロセスガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスといった不活性ガスＡｒガス、ＳｉＨ４に代表される無機シラン系ガスといったケイ素ソース物質（ケイ素含有ガス）、Ｏ２ガスまたはＮ２Ｏガスといった酸素ソース物質（酸素含有ガス）を含む。
【００３４】
図２に示すように、ガス導入部１８は、複数のガス通路１９ａ，１９ｂ、１９ｃと、１または複数の第１のノズル２０（例えば、トップノズル）とを有している。第１のノズル２０は、ガス導入口を有するガス通路１９ａ，１９ｂ、１９ｃに接続され、ペデスタル７と対面するように蓋部４の内側に設けられている。第１のノズル２０は、反応チャンバ２の内壁から突出している。ガス通路１９ａはＳｉＨ４ガスの供給通路であり、ガス通路１９ｂはＯ２ガスの供給通路であり、ガス通路１９ｃはＡｒガスの供給通路である。
【００３５】
再び図１を参照すると、チャンバ本体部３には、ガス導入部２１が設けられている。ガス導入部２１は、チャンバ２の側面からプロセスガスを処理チャンバ２内に導入する。ガス導入部２１は、複数の第２のノズル２４（例えば、サイドノズル）に接続されている。
【００３６】
ガス導入部１８，２１は、プロセスガス導入手段に接続されている。プロセスガス導入手段は、例えば、ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆおよびガス供給源２６Ｗ〜２６Ｙを含む。ガス供給源２６Ｗは、Ａｒガスの供給源であり、ガス供給源２６Ｘは、ＳｉＨ４ガスの供給源であり、ガス供給源２６Ｙは、Ｏ２ガスの供給源である。各ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆには、開閉バルブ２７ａ〜２７ｆ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｆが設けられている。開閉バルブ２７ａ〜２７ｆは、ガス導入部１８，２１へのガスの供給を制御する。マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｆは、ガス導入部１８，２１に供給されるガスの流量を調整する。これら開閉バルブ２７ａ〜２７ｆ及びＭＦＣ２８ａ〜２８ｆは、制御装置３０からの制御信号により制御される。
【００３７】
蓋部４には、トップコイル１７及びサイドコイル１２が取り付けられている。トップコイル１７は、ペデスタル７と対面するチャンバ２の天井部に、チャンバ２の外壁面上に配置されている。トップコイル１７を形成するために、導体が中心軸の回りに、例えばガス導入部１８の回りに巻き回されている。サイドコイル１２は、ペデスタル７と天井部との間のプラズマ生成領域の周囲に配置されており、側壁部の外面に沿って配置されている。サイドコイル１２を形成するために、ペデスタル７と上壁面部とを結ぶ中心軸の回りに導体が巻き回されている。
【００３８】
コイル１２，１７は、それぞれ、マッチングネットワーク１３ｓ，１３ｔといったインピーダンス整合回路を介して、ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４ｔといった交流電源に接続されている。ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４ｔは、それぞれのコイル１２，１７に高周波電力を印加する。この供給によって、処理チャンバ２内においてプロセスガスのプラズマが発生される。
【００３９】
図３を参照すると、第２のノズル２４は、チャンバ本体部３の内壁からウエハの成膜面に沿う方向に突出している。実施例では、第２のノズル２４は、１２本であり、所定の対称性を有するように配置されている。ウエハは、ペデスタル７の支持部７ａ上に配置される。処理チャンバ２の側壁の周りには、コイル１２が設けられている。コイル１２の一端１２ａ及び他端１２ｂには、それぞれ給電線が接続されている。図３において、給電線は、破線のボックス内に示されている。給電線に関する議論は、後に行われる。
【００４０】
再び、図１及び図２を参照すると、プラズマ成膜装置１は、更に磁気シールド部材３５を備える。図２に示されるように、磁気シールド３５は、コイル１２の外周に設けられている。磁気シールド３５は、磁気シールド蓋部材３６と、磁気シールドチャンバ部材３７とを有する。磁気シールド蓋部材３６は、蓋部４を覆うように設けられている。磁気シールドチャンバ部材３７は、チャンバ本体を覆うように設けられている。磁気シールド３５は、パーマロイ材、電磁ステンレス鋼といった高透磁率材料からなる。
【００４１】
本実施の形態の磁気シールド３５は、上記の基準面に交差する軸の周りに設けられており、コイル１２、ペデスタル７及び処理チャンバ２の外側に位置している。この磁気シールド３５は、上記の軸の周りに位置する処理チャンバ壁を磁束が通過しないように処理チャンバ２を磁気的にシールドすることにより、コイル１２及びペデスタル７の近傍のプラズマが外部磁場から受ける影響を低減する。発明者の実験によれば、この外部磁場を低減することにより、ペデスタル上における磁束密度の強度の面内偏差が低減する。この結果、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる。
【００４２】
また、プラズマ成膜装置１において、磁気シールド３５は、コイル１２及び処理チャンバ２の外側に位置すると共に、処理チャンバ２とペデスタル７との間のプラズマ生成領域を覆うように設けられている。故に、磁気シールド３５は、プラズマ生成領域に生成されるプラズマが外部磁場から受ける影響を低減する。
【００４３】
図４は、磁気シールド蓋部材３６及び磁気シールドチャンバ部材３７を示す斜視図である。磁気シールド蓋部材３６は、一端及び他端を有する側面部３６ａと、天井部３６ｂとを有する。側面部３６ａは、ペデスタル７の支持部が沿って伸びる基準面に交差する基準軸の方向に伸びて、処理チャンバの側面を覆う。側面部３６ａの一端及び他端には開口部が設けられている。天井部３６ｂは、蓋部４に沿って伸び側面部３６ａの一端に設けられている。磁気シールドチャンバ部材３７は、一端及び他端を有する側面部３７ａと、底部３７ｂとを有する。側面部３６ａは、ペデスタル７の支持部が沿って伸びる基準面に交差する基準軸の方向に伸びている。側面部３６ａの一端及び他端には開口部が設けられている。底部３７ｂは、蓋部４に沿って伸び側面部３６ａの一端に設けられている。磁気シールド蓋部材３６及び磁気シールドチャンバ部材３７は、磁気シールド蓋部材３６の開口が磁気シールドチャンバ部材３７の開口に位置合わせされて、処理チャンバ２を収容する磁気シールドされた領域を形成する。磁気シールドチャンバ部材３７は、真空ポンプにつながる排気路が通過する孔を有している。処理チャンバ２が磁気シールド蓋部材３６及び磁気シールドチャンバ部材３７により囲まれると、外部からの磁束が処理チャンバ２内に侵入し難くなる。図面には描かれていないが、磁気シールド３５は、電気配線及びガス配管が通過する孔を備える。
【００４４】
発明者らは、磁気シールド３５によりウエハＷ面上のプラズマ密度の均一性が向上する理由は次のように説明されると考えている。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、ウエハＷとプラズマとの相互作用を説明するための模式図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）においては、ウエハＷは、シリコン基板Ｓｕｂと、この基板上に形成されたシリコン酸化膜Ｏｘと有する。
【００４５】
図５（ａ）は、外部磁場が十分に小さい場合におけるウエハＷとプラズマＰｌａｓｍａとの相互作用を説明するための模式図である。プラズマ密度は、ウエハＷ上においてほぼ均一である。
【００４６】
図５（ｂ）は、外部磁場がある程度の大きさ（１００マイクロテスラ（１ガウス）前後から数百マイクロテスラ（数ガウス））である場合におけるウエハＷとプラズマとの相互作用を説明するための模式図である。この程度の磁束密度成分Ｂでもプラズマ分布は影響を受ける。ウエハの表面に平行な磁束密度成分Ｂｐａｒａは、プラズマ中の電子に相互作用して、電子にローレンツ力を及ぼす。この結果、プラズマ中の電子密度に偏りが生じて、プラズマ内において電位差が生じる。
【００４７】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示された場合における等価回路を示す図面である。等価回路において、電圧源Ｖ１，Ｖ２は、プラズマ中の電位差を表現しており、抵抗Ｒｐｌａｓｍａは、プラズマの等価抵抗を表現している。抵抗Ｒｓｕｂは、シリコン基板の電気抵抗を表現している。プラズマは、シリコン酸化膜Ｏｘを介してシリコン基板Ｓｕｂと電気的に結合している。シリコン酸化膜Ｏｘは、キャパシタＣ１、Ｃ２により表現されている。
【００４８】
図５（ｃ）は、プラズマＰｌａｓｍａとウエハＷとからなる系において成膜中に閉回路が形成されることを示している。外部磁場によりプラズマ密度が不均一になると、シリコン酸化膜に加わる電圧も不均一になる。シリコン基板上にシリコン酸化膜が形成されているけれども、プラズマ密度の不均一のためシリコン酸化膜を介してトンネル電流が流れる。この電流は、この閉回路において成膜中にシリコン酸化膜を通して流れる。トンネル電流の注入によりＴＤＤＢ現象が引き起こされると、酸化膜は破壊され、或いは、トンネル電流の注入により酸化膜の品質は劣化したものになる。発明者らの実験では、５ｎｍ以下のシリコン酸化膜を堆積する場合に、特に酸化膜品質の劣化が観察された。
【００４９】
このような解析結果に基づいて、発明者らは、図６〜図８に示されるような変形例が実現可能であると考えている。
【００５０】
図６は、第１の変形例であるプラズマ成膜装置１ａを示す図面である。プラズマ成膜装置１ａは、磁気シールド３８を備える。磁気シールド３８は、ペデスタル７の支持部７ａの基準面に交差する軸Ａｘの周りに設けられており、コイル１２、ペデスタル７及び処理チャンバ２の外側に位置している。磁気シールド３８は、コイル１２の上端位置を通過すると共に軸Ａｘと交差する平面と交わると共に、ペデスタル７の位置を通過すると共に軸Ａｘと交差する別の平面と交わるように処理チャンバ側壁の周囲に設けられている。
【００５１】
磁気シールド３８は、処理チャンバ２の側壁を磁束が通過しないように処理チャンバ２をシールドすることにより、コイル１２の上端の位置とペデスタル７の位置との間に形成されるプラズマに外部磁場が与える影響を低減する。外部磁場を低減することにより、ペデスタル７上における磁束密度強度の面内偏差が低減する。この結果、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる。
【００５２】
図７は、第２の変形例であるプラズマ成膜装置１ｂを示す図面である。磁気シールド３９は、処理チャンバ２の側壁を囲むように所定の軸Ａｘの方向に伸びる側壁部３９ａと、この側壁部３９ａの一端に設けられ所定の軸Ａｘと交差する蓋部３９ｂとを備える。磁気シールド３９の側壁部３９ａは、所定の平面と交わるように設けられている。所定の平面は、ペデスタル７の位置を通過すると共に軸Ａｘと交差する。
【００５３】
磁気シールド３９は、コイル１２及び処理チャンバ２の外側に位置しており、処理チャンバ２とペデスタル７との間のプラズマ生成領域を覆うように設けられている。この磁気シールド３９は、プラズマ生成領域に生成されるプラズマが外部磁場から受ける影響を低減する。
【００５４】
磁気シールド３９は、処理チャンバ２の蓋部を覆うように設けられている。この磁気シールド３９は、処理チャンバ蓋部を通過する磁束を縮小して、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくしている。故に、磁気シールド３９は、処理チャンバ２内に生成されるプラズマに外部磁場が与える影響を低減できる。外部磁場を低減することにより、ペデスタル７上における磁束強度の面内偏差が低減する。この結果、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる。
【００５５】
図８は、第３の変形例であるプラズマ成膜装置１ｃを示す図面である。磁気シールド４０は、処理チャンバ２の側壁を囲むように所定の軸Ａｘの方向に伸びる側壁部４０ａと、この側壁部４０ａの一端に設けられ所定の軸Ａｘと交差する底部４０ｂとを備える。磁気シールド４０の側壁部４０ａは、所定の平面と交わるように設けられている。所定の平面は、コイル１２の上端の位置を通過すると共に軸Ａｘと交差する。
【００５６】
磁気シールド４０は、コイル１２及び処理チャンバ２の外側に位置しており、処理チャンバ２とペデスタル７との間のプラズマ生成領域を覆うように設けられている。この磁気シールド４０は、プラズマ生成領域に生成されるプラズマが外部磁場から受ける影響を低減する。
【００５７】
磁気シールド４０は、処理チャンバ２の側壁部の一端に位置する底部に到達するように処理チャンバ２の外側に沿って伸びる。この磁気シールド４０は、処理チャンバ底部を通過する磁束を縮小して、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくしている。故に、磁気シールド４０は、処理チャンバ２内に生成されるプラズマに外部磁場が与える影響を低減できる。外部磁場を低減することにより、ペデスタル７上における磁束密度強度の面内偏差が低減する。この結果、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる。
【００５８】
第１の実施の形態及びいくつかの変形例のプラズマ成膜装置は、プロセスガスから供給される元素を含む膜を基板上に堆積することができ、またプラズマ中にイオンを用いて基板表面をスパッタすることもでき、また、堆積とスパッタとを同０時に行うこともできる。そこで、発明者らは、シリコン酸化膜が形成された基板を準備して、本実施の形態のプラズマ成膜装置を用いて、この基板にスパッタリングを施した。その結果によれば、ウエハ面内におけるスッパタ率の偏差が縮小された。故に、発明者らは、プラズマ成膜装置だけでなく、プラズマエッチング装置においてもプラズマの均一性を向上できると考えている。
【００５９】
さらに詳細に磁場の不均一を調査するために行われた実験の結果を説明する。図９（ａ）は、プラズマ成膜装置において蓋部が取り外された処理チャンバ内部を示す平面図である。図９（ａ）では、ウエハＷが配置される支持部７ａの中心点をＣとラベルを付けており、点Ｍ１〜Ｍ１２が時計周りに中心点Ｃの周りに配置されている。また、図９（ａ）では、支持部７ａ上にウエハＷが位置する領域に点Ｗ１〜Ｗ１２が時計周りに点Ｃを中心に配置されている。図９（ｂ）は、プラズマ成膜装置の処理チャンバ内部を示す側面図である。図９（ｂ）では、プラズマ生成領域Ｐが示されており、このプラズマ生成領域Ｐに誘導コイル１２、１７によりプロセスガスのプラズマが生成される。
【００６０】
図１０（ａ）は、磁気シールドを備えていないプラズマ成膜装置における実験結果を示すグラフである。このプラズマ成膜装置は、図１に示されたプラズマ成膜装置から磁気シールドを取り除いて得られる構成を備える。図１０（ｂ）は、磁気シールドを備えるプラズマ成膜装置における実験結果を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は図９（ａ）に示された測定点Ｍ１〜Ｍ１２を示しており、縦軸は磁束密度（単位：マイクロ・テスラ（１０−２ガウス））を示している。特性線ＬＯＷ、ＭＩＤ、ＵＰは、それぞれ、図９（ｂ）に示された矢印ＬＯＷ、ＭＩＤ、ＵＰの各位置における測定値を示す。測定は、測定用プローブをチャンバ上方から各測定点に垂直に下ろし、プローブの先端をＵＰ、ＭＩＤ、ＬＯＷの各位置にして行った。この実験では、コイル及び静電チャック等に電力を印加せずプラズマが形成されていない装置内の磁束密度を測定している。また、これらの測定では、基板の成膜表面に平行な磁束密度成分を測定している。磁束密度測定は、ガウスメータ（Ｆ．Ｗ．　ＢＥＬＬ社　９９５３）及びプローブ（同社、ＺＯＡ
９９−３２０２）を用いて行われた。
【００６１】
図１０（ａ）に示された測定結果によれば、磁気シールドを備えていないプラズマ成膜装置では、磁束密度の最大値は、１．２×１０２マイクロテスラ程度であり、最小値は０．４×１０２マイクロテスラである。また、磁束密度の差（最大値と最小値との差）△Ｂ０は、０．８×１０２マイクロテスラを越えている。一方、図１０（ｂ）に示された測定結果によれば、磁気シールドを備えるプラズマ成膜装置では、磁束密度の最大値は、約１．０×１０２マイクロテスラ以下であり、最小値は約０．４×１０２マイクロテスラ以下である。磁束密度の差（最大値と最小値との差）△Ｂ１は、約０．６マイクロテスラ程度である。
【００６２】
ペデスタル上面の高さより上方における上記磁束密度成分は、それぞれ上記の値と同じ値であればよい。例えば、磁束密度の最大値は、ペデスタル上面の高さより上方において約１．０×１０２マイクロテスラ以下であればプラズマの均一性を向上するために好適である。また、例えば、図１０（ａ）では、磁束密度の差（△Ｂ０）は、０．８×１０２マイクロテスラを越えているけれども、ペデスタル上面の高さより上方において０．８×１０２マイクロテスラ以下であればプラズマの均一性を向上するために好適である。
【００６３】
これらの測定結果は、プラズマ処理装置において極薄の絶縁膜を取り扱う際には、１０２マイクロテスラ（数ガウス）程度の大きさの磁束密度強度が半導体プロセスに影響することを示している。発明者が知る限りにおいて、半導体プロセスに対してこのような微少な磁場の影響を示唆している研究はない。
【００６４】
これらの測定結果によれば、プラズマ処理装置は、プラズマが生成されていなときに基準面に平行な磁束密度成分が処理チャンバ２とペデスタル７の間の領域において１マイクロ・テスラ以下になるように、処理チャンバの周囲に位置しており軸Ａｘの周りに設けられた磁気シールドを備えることが好ましい。磁気シールドを用いて、平行磁束密度成分が約１×１０２マイクロ・テスラ（１ガウス）以下にまで処理チャンバ壁を通過する磁束を小さくできる。
【００６５】
また、プラズマ処理装置は、磁束平行成分の最大値と最小値との差が処理チャンバ２とペデスタル７との間の領域において０．８×１０２マイクロ・テスラ（０．８ガウス）未満になるように、処理チャンバ２の周囲に位置しており基準面に交差する軸Ａｘの周りに設けられた磁気シールドを備えることが好ましい。この磁気シールドを用いて、平行磁束密度成分を０．８×１０２マイクロ・テスラ未満にまで、処理チャンバ側壁を通過する磁束を小さくできる。
【００６６】
図１０（ｃ）は、磁気シールドを備えていないプラズマ成膜装置及び磁気シールドを備えるプラズマ成膜装置における実験結果を示すグラフである。この測定では、プラズマ成膜装置のペデスタルとして静電チャック（ＥＳＣ）上において磁束密度平行成分を測定している。この測定は、図９（ｂ）に示されたペデスタルの支持部上の位置Ｗ１〜Ｗ１２及びＣにおいて行われた。静電チャック（ペデスタル）の支持部直上の磁束密度測定は、測定用プローブの先端を静電チャックのウエハ支持部上方から支持部に接した状態で行われている。図１０（ｃ）において、線Ｃ０は、磁気シールドを持たないプラズマ成膜装置における測定値を示しており、線Ｃ１は、磁気シールドを持つプラズマ成膜装置における測定値を示している。
【００６７】
図１０（ｃ）に示された測定結果によれば、磁気シールドを備えていないプラズマ成膜装置では、磁束密度の最大値は、０．６×１０２マイクロテスラを越えており、最小値は０．３×１０２マイクロテスラを越えている。また、磁束密度の差（最大値と最小値との差）△Ｂ２は、０．２５×１０２マイクロテスラを越えている。一方、図１０（ｃ）に示された測定結果によれば、磁気シールドを備えるプラズマ成膜装置では、磁束密度の最大値は、約０．５×１０２マイクロテスラ程度であり、最小値は約０．３×１０２マイクロテスラ以下である。また、磁束密度の差（最大値と最小値との差）△Ｂ１は、約０．２マイクロテスラ程度である。
【００６８】
プラズマ成膜装置では、磁気シールドは、処理チャンバ２の周囲に位置しており、プラズマが生成されていなときに平行磁束密度成分がＥＳＣ上において０．６×１０２マイクロ・テスラ（０．６ガウス）以下になるように、軸Ａｘの周りに設けられることが好ましい。この磁気シールドを用いて、平行磁束密度成分を０．６×１０２マイクロ・テスラ以下にまで、軸Ａｘの周りに設けられた処理チャンバ２の側壁を通過する磁束を縮小できる。
【００６９】
発明者らは、さらに絶縁膜のダメージを調査するための実験を行った。この実験のために、発明者らは、様々なアンテナ比（１００か０ら１０万）を有するテスト素子を含むテストエレメントグループ（ＴＥＧ）を作製した。その結果によれば、アンテナ比が大きくなるにつれて、本装置の効果が顕著になった。
【００７０】
本実施の形態は、径３００ｍｍ以上のウエハを処理する装置に適用すると特に好ましい結果を生む。
【００７１】
（第２の実施の形態）
図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、サイドコイルの形態を示す模式図である。これらの図面は、図３に示されたＡＢＯＸ内の形態を示している。
【００７２】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、処理チャンバの側壁に設けられたサイドコイルの形態を示す模式図である。処理チャンバ２の周囲には、軸Ａｘの周りに導線が巻き回されてコイル１２が形成されている。コイル１２の一端１２ａには、第１の給電線４１ａが接続され、これらの供給線はコイルに電力を供給している。コイル１２の他端１２ｂには、第２の給電線４１ｂが接続され、電力を供給している。発明者らは、第１及び第２の給電線に電流が流れると磁場が生じて、この磁場は処理チャンバ２内のプラズマに影響することに着目している。
【００７３】
図１１（ｂ）を参照すると、プラズマ処理装置では、第１及び第２の給電線４１ａ、４１ｂが磁気的にシールドされている。磁気シールド部材４３ａ及び４３ｂは、第１及び第２の給電線４１ａ、４１ｂの各々に沿って伸びると共にこれらの給電線４１ａ、４１ｂの周囲を覆っている。磁気シールド部材４３ａ及び４３ｂが給電線の周囲に設けられているので、給電線４１ａ、４１ｂに流れる電流による磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００７４】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、給電線の配置の別の形態を示す模式図である。図１２（ａ）を参照すると、給電線４５ａ及び４５ｂは、共に共通の軸Ａｙに沿って伸びている。給電線４５ａに流れる電流ＩＩＮは、給電線４５ｂに流れる電流ＩＯＵＴの方向に逆方向に流れる。共通の軸Ａｙは、軸Ａｘと交差する方向、例えば直交する方向に伸びている。故に、電流ＩＩＮが形成する磁場を電流ＩＯＵＴが形成する磁場と合成すると、合成磁場は小さくなる。したがって、処理チャンバ２内において、これらの電流が形成される磁場は小さい。
【００７５】
図１２（ｂ）を参照すると、磁気シールド部材４７ａ及び４７ｂは、共通の軸Ａｙの方向に沿って伸びると共に第１及び第２の給電線４５ａ、４５ｂの周囲を覆っている。磁気シールド部材４７ａ及び４７ｂが給電線の周囲に設けられているので、給電線４５ａ、４５ｂに流れる電流による磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００７６】
図１２（ｃ）を参照すると、磁気シールド部材４９は、共通の軸Ａｙに沿って伸びると共に第１及び第２の給電線４５ａ、４５ｂの周囲を覆っている。単一の磁気シールド部材４９が給電線４５ａ、４５ｂの周囲に設けられているので、給電線４５ａ、４５ｂ各々に流れる電流によって形成される磁場が合成されると共に、この合成磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００７７】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、給電線の配置の更なる別の形態を示す模式図である。図１３（ａ）を参照すると、給電線５１ａ及び５１ｂは、共に共通の軸Ａｚに沿って伸びている。給電線５１ａに流れる電流ＩＩＮは、給電線５１ｂに流れる電流ＩＯＵＴの方向に逆方向に流れる。共通の軸Ａｚは、軸Ａｘに沿う方向、例えば平行な方向に伸びている。故に、電流ＩＩＮが形成する磁場を電流ＩＯＵＴが形成する磁場と合成すると、合成磁場の大きさは小さくなる。したがって、処理チャンバ２内において、これらの電流による磁場は小さい。
【００７８】
図１３（ｂ）を参照すると、磁気シールド部材５３ａ及び５３ｂは、共通の軸Ａｚ方向に沿って伸びると共に第１及び第２の給電線５１ａ、５１ｂの周囲を覆っている。磁気シールド部材５３ａ及び５３ｂが給電線の周囲に設けられているので、給電線５１ａ、５１ｂに流れる電流が形成する磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００７９】
図１３（ｃ）を参照すると、磁気シールド部材５５は、共通の軸Ａｚに沿って伸びると共に第１及び第２の給電線５１ａ、５１ｂの周囲を覆っている。単一の磁気シールド部材５５が給電線５１ａ、５１ｂの周囲に設けられているので、給電線５１ａ、５１ｂ各々に流れる電流によって形成される磁場が合成されると共に、この合成磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００８０】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、給電線の配置の更なる別の形態を示す模式図である。図１４（ａ）を参照すると、給電線５７ａ及び５７ｂは、共に共通の軸Ａｚに沿って伸びている。給電線５７ａに流れる電流ＩＩＮは、給電線５７ｂに流れる電流ＩＯＵＴの方向と同じ方向に流れる。一方、図１４（ｂ）を参照すると、磁気シールド部材５９ａ及び５９ｂは、共通の軸Ａｚに沿って伸びると共に第１及び第２の給電線５７ａ、５７ｂの周囲を覆っている。磁気シールド部材５９ａ及び５９ｂが給電線の周囲に設けられているので、給電線５７ａ、５７ｂに流れる電流による磁場が処理チャンバ２内のプラズマに影響することを低減できる。
【００８１】
第２の実施の形態に示された様々なコイル形態は、処理チャンバ２内のプラズマが磁場によって受ける影響を小さくできる構成を示している。第１のものは、一対の給電線を流れる電流によって形成される合成磁場を小さくすることである。この形態では、一方の電流により生成される磁場は他方の電流によって生成される磁場を打ち消すように作用する。第２のものは、第１及び第２の給電線を磁気的にシールドするように動作する磁気シールド手段を設けることである。磁気シールド手段は、プラズマ生成領域における平行磁束密度成分を小さくするように外部磁場をシールドする。これらの磁気シールド手段は、例えば、給電線の周囲に磁気テープを巻くことにより形成できる。磁気シールド手段は、パーマロイ材、電磁ステンレス鋼といった高透磁率材料から形成された磁気シールドを含む。導電性の磁気シールドは、絶縁部材を介して給電線に取り付けられる。
【００８２】
第２の実施の形態において説明された磁気シールドは、処理チャンバ内の磁場を低減できるだけでなく、第１の実施の形態の装置と組み合わせることにより、より一層、処理チャンバ内の磁場を低減できる。
【００８３】
本実施の形態は、径３００ｍｍ以上のウエハを処理する装置に適用すると特に好ましい結果を生む。
【００８４】
（第３の実施の形態）
引き続いて、プラズマ成膜装置１を用いて膜を堆積する方法を説明する。図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、半導体集積回路デバイスを形成する工程断面図を示す。
【００８５】
プラズマ成膜方法は、プラズマ成膜装置１を準備した後に行われる以下のステップを備える。図１５（ａ）を参照すると、シリコン基板といった基板６０をペデスタル７の支持面７ａ上に置くステップを示している。次いで、図１５（ｂ）を示されるように、プラズマ成膜装置１内にプロセスガスを導入した後にプラズマ成膜装置１のコイル１２、１７の高周波電流を流してプロセスガスのプラズマ６２を生成すると、基板６０上にはシリコン酸化膜６４を堆積してワークピース６０ａを形成する。シリコン酸化膜６４は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタのゲート絶縁膜として利用される。図１５（ｃ）を示されるように、このワークピース６０ａを成膜装置６８内に配置して、シリコン酸化膜６４上にゲート膜６６を堆積して別のワークピース６０ｂを形成する。次いで、図１５（ｄ）を示されるように、別のワークピース６０ｂを成膜装置７０内に配置して、ゲート膜６６をエッチングしてゲート電極６６ａ及び６６ｂを形成する。本実施の形態は、径３００ｍｍ以上のウエハを処理する装置に適用すると特に好ましい結果を生む。
【００８６】
本実施の形態の別の側面によれば、プラズマ成膜方法は、（ａ）上記の基板処理装置を準備するステップと、（ｂ）基板処理装置のペデスタル上に基板を置くステップと、（ｃ）基板処理装置のコイルの高周波電流を流して該プロセスガスのプラズマを生成して基板上に成膜するステップとを備える。この方法によれば、プラズマの均一性を向上できる基板処理装置を用いて、成膜を行うことができる。
【００８７】
プラズマ成膜方法では、成膜するステップにおいて、基板上に酸素及びシリコンを含む絶縁性シリコン化合物膜を形成する。本発明は、絶縁膜の形成に適用でき、また絶縁膜の損傷の可能性を低減できる。
【００８８】
プラズマ成膜方法では、絶縁性シリコン化合物膜はゲート絶縁膜であることができ、プラズマ成膜方法は、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。
【００８９】
あるいは、本実施の形態の別の側面によれば、プラズマ成膜法を用いて基板上に膜を形成する方法は、（ａ）所定の基準面に沿ってチャンバ内に基板を置くステップを備え、このチャンバ内において所定の基準面に平行な磁束密度成分の大きさは、１×１０２マイクロ・テスラ以下であり、（ｂ）プロセスガスのプラズマをチャンバ内において生成して基板上にゲート絶縁膜を堆積するステップを備える。この方法によれば、ゲート絶縁膜の損傷の可能性を低減できる。
【００９０】
この方法においては、ゲート絶縁膜の厚さは、プラズマ成膜中のゲート絶縁膜にトンネル電流が流れる程度の値、或いはこの値未満であり、例えば１０ナノメートル以下である。また、この方法では、プロセスガスが膜の構成元素を含むことにより、膜の構成元素の一部又は全てはプロセスガスから供給されるようにしてもよい。例えば、ゲート絶縁膜は、酸素元素及びシリコン元素を含むシリコン系化合物膜を含むことができる。この方法は、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程を更に備えることができる。
【００９１】
続いて、図１を参照しながら、プラズマ成膜装置１を用いた成膜方法を詳述する。入力装置３１から処理開始信号が入力されると、制御装置３０の処理プログラムは成膜を開始する。まず、ゲートバルブ９ｂを開くと共にスロットルバルブ９ａを所定の角度に開いた状態で、減圧ポンプ９ｃにより処理チャンバ２内が真空排気される。ＭＦＣ２８ａ、２８ｂを制御することによって、ガス供給源２６ＷからＡｒガスがノズル２０、２４に供給される。この後、ウェハ搬送ロボットで搬送されたウェハＷがペデスタル７に固定される。
【００９２】
ジェネレータ１４ｓ、１４ｔから電力をコイル１２、１７に供給してプラズマを生成する。処理チャンバ２内の圧力を安定させるために所定の時間だけ経過した後に、電力が印加される。ＲＦジェネレータ１４ｔからの高周波電力がトップコイル１２ｔに印加され、処理チャンバ２内にプラズマが発生する。この高周波電力は、例えば１ＫＷである。また、ＲＦジェネレータ１４ｓによりサイドコイル１２に高周波電力が印加される。
【００９３】
次いで、ＭＦＣ２８ｈを制御することによって、サイドノズル２４に供給されるＡｒガスの流量が減少される。また、ＭＦＣ２８ｅ、２８ｆを制御することによって、ガス供給源２６ＹのＯ２ガスがノズル２０、２４に供給される。
【００９４】
この後、トップコイル２０に印加する高周波電力が１．３ＫＷに上昇されると共に、サイドコイル２４に印加する高周波電力が３．１ＫＷに上昇される。これとほぼ同時に、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ４ガスが、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御することによってノズル２０、２４に供給される。これによって、Ａｒガス及びＯ２ガスに加えて、ＳｉＨ４ガスが導入される。ウェハＷの成膜処理が開始される。このプロセスガスの組合せでは、シリコン酸化膜６４が形成される。
【００９５】
所定膜厚の成膜が完了した後、ガス供給源２６ＸからのＳｉＨ４ガスの供給が、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御することによって停止される。これによって、ウエハＷ上における成膜が停止する。
【００９６】
次いで、ジェネレータ１４ｓ、１４ｔからコイル１２、１７への電力供給が停止され、これによってプラズマが消失する。続いて、ＭＦＣ２８ｇ、２８ｈを制御することによってノズル２０、２４に供給されるＡｒガスが停止される。また、ＭＦＣ２８ｅ、２８ｆを制御することよって、ガス供給源２６ＹのＯ２ガスをノズル２０、２４に供給することが停止される。これによって、反応チャンバ２へのガスの供給が停止される。この後に、一連の成膜ステップが完了する。ウェハ搬送ロボットによりウェハＷを処理チャンバ２の外部へ搬送する。これまでの工程により、良好な品質の絶縁膜が形成された。
【００９７】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更できることは、当業者によって認識される。本実施の形態に示された特定の誘導結合プラズマ成膜装置の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態の成膜装置は複数の誘導結合コイルを備えているけれども、本発明は単一の誘導結合コイルを備える成膜装置にも適用できる。また、磁気シールドは、サイドコイルだけでなくトップコイルにも適用できる。さらに、本発明は、高密度プラズマ成膜装置、プラズマエッチング装置に限定されないことは言うまでもなく、数マイクロテスラ程度の磁束密度成分に敏感な半導体プラズマプロセスを行う基板処理装置にも適用できる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ペデスタル上におけるプラズマの均一性を向上できる基板処理装置、プラズマ成膜方法および成膜方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置を示す図面である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置の部分破断図である。
【図３】図３は、図１に示されたＩ−Ｉ線に沿った図面である。
【図４】図４は、磁気シールドの外観を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、外部磁場の作用を説明するための図面である。
【図６】図６は、磁気シールドの一形態を示す図面である。
【図７】図７は、磁気シールドの別の形態を示す図面である。
【図８】図８は、磁気シールドの更なる別の形態を示す図面である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実験に用いた装置を示す図面である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、実験データを示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は給電線の形態を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は給電線の別の形態を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は給電線の更なる別の形態を示す模式図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は給電線の更なる別の形態を示す模式図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、プラズマ成膜方法の工程を示す図面である。
【符号の説明】
１…プラズマ成膜装置、２…反応チャンバ、７…ペデスタル、１８…ガス導入部、２０…トップノズル、２１…ガス導入部、２０…サイドノズル、２５ａ，２５ｂ…Ａｒガス供給系ライン、２５ｃ，２５ｄ…ケイ素含有ガス供給系ライン、２５ｅ，２５ｆ…酸化系ガス供給系ライン、２６Ｗ…不活性ガス供給源、２６Ｘ…ケイ素含有ガス供給源、２６Ｙ…酸化系ガス供給源、２７ａ，２７ｂ…不活性ガス供給系開閉バルブ、２７ｃ，２７ｄ…ケイ素含有ガス供給系開閉バルブ、２７ｅ，２７ｆ…酸化系ガス供給系開閉バルブ、２８ａ，２８ｂ…不活性ガス供給系ＭＦＣ、２８ｃ，２８ｄ…ケイ素含有ガス供給系ＭＦＣ、２８ｅ，２８ｆ…酸化系ガス供給系ＭＦＣ、３０…制御装置、Ｗ…ウェハ、３５、３８、３９、４０…磁気シールド
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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