(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス入口と基板のための支持体とを有する室内にプラズマを発生させる手段、エッチステップと蒸着ステップとを交互に実施するエッチ及び蒸着手段、並びに事実上ラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させるための減衰手段を有し、当該減衰手段が、前記交互に実施するエッチステップと蒸着ステップとの間で磁場による減衰能力が変わるように制御される電磁場生成手段を備えていることを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項２】
前記減衰手段よりも低い位置に配置される、プラズマ発生のためのもう一つの手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加工装置。
【請求項３】
前記室の少なくとも一部分が誘電体材料で作られていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ加工装置。
【請求項４】
前記減衰手段が、誘電体材料で作られた部分の大体中央の位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ加工装置。
【請求項５】
アンテナが、前記室内にプラズマ生成領域を作り出すために誘電体部分の外部に隣接して配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマ加工装置。
【請求項６】
前記減衰手段が更に一つ以上の永久磁石を有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項７】
前記電磁場生成手段が、互いに角度のずれたそれぞれの磁場を生成するように個別に配向された電磁コイルグループの配列を有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項８】
三組のコイル群が備えられ、これらが、互いに６０度または１８０度ずれた磁場を生成させるように設計されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ加工装置。
【請求項９】
前記電磁場生成手段が、可変磁場を生成させることができることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１０】
前記減衰手段が、磁石および／または電磁石を形成する導体を保持する一つ以上の管状部材を有することを特徴とする請求項１から９の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１１】
前記減衰手段が温度制御されることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１２】
前記減衰手段に冷却媒体を供給する供給部材を有することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ加工装置。
【請求項１３】
前記減衰手段が、好ましくはプラズマ室の外部に配置された一つ以上の強磁石を有することを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１４】
プラズマを発生させるための一つの手段が前記減衰手段よりも高い位置に配置してあり、プラズマを発生させるための一つの手段が前記減衰手段よりも低い位置に配置してあることを特徴とする請求項１から１３の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１５】
さらに前記室の二つの誘電体部分を有し、前記減衰手段がこれらの部分の間に配置されることを特徴とする請求項１から１４の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１６】
前記減衰手段が、エッチステップ時にイオン束を有意に減衰させることのできる大きな磁場を発生させるように設計されていることを特徴とする請求項１から１５の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１７】
中性ラジカルを案内するための手段をさらに有することを特徴とする請求項１から１６の何れかに記載のプラズマ加工装置。
【請求項１８】
前記案内手段が前記減衰手段と基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ加工装置。
【請求項１９】
前記案内手段の少なくとも一部分が、基板の近くに配置されることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のプラズマ加工装置。
【請求項２０】
室内の基板に構造をエッチングする方法であって、前記室内にプラズマを発生させ、前記基板のエッチステップと基板上に不動態化層を蒸着するステップとを交互に実施し、前記交互に実施するエッチステップと蒸着ステップとの間で磁場による減衰能力が変わるように制御される電磁場生成手段を有する減衰手段により実質的にラジカル数密度に影響を与えることなく前記プラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させることを特徴とする方法。
【請求項２１】
エッチング時にプラズマに供給される電力が蒸着時に供給されるそれよりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記減衰手段の能力を、蒸着ステップおよび／またはエッチステップの各々に対して変えることができることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電磁場生成手段が、蒸着ステップ時には減衰させられるかまたはスイッチが切られることを特徴とする請求項２０から２２の何れかに記載の方法。
【請求項２４】
前記電磁場発生手段が、エッチステップ時には強い磁場を供給し且つ蒸着ステップ時には弱い磁場を供給するように制御されることを特徴とする請求項２０から２３の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、プラズマ加工装置、特に、それ以外を排除するわけではないが、プラズマのラジカル数密度に影響を与えることなく、プラズマのイオン束を減衰および／または均一化させるプラズマ加工装置に関する。また、本発明は、イオン束を減衰および／または均一化させる手段、ならびに中性ラジカルを案内する手段にも関する。
【０００２】
シリコンウェーハあるいは他の材料の加工物上の薄膜またはバルク材料のエッチングを行う場合、大きなエッチ速度、正確な溝（ｔｒｅｎｃｈ）断面、およびウェーハの異なる領域間でのエッチの良好な均一性を、同時に実現できるということが重要である。
【０００３】
大きなアスペクト比の溝のために異方性の大きなエッチを実現する特定の方法は、エッチステップが蒸着ステップと交互に行われる切り替え法を使用するものである。そのような方法は、ＷＯ−Ａ−９４／１４１８７号、ＥＰ−Ａ−０８２２５８２号、およびＥＰ−Ａ−０８２２５８４号明細書に開示されている。
【０００４】
深い溝のシリコンエッチングの場合、蒸着ステップ中に溝の表面全体に不動態化層を蒸着することができる。エッチステップの初期に、不動態化層がイオン衝撃により溝の底から優先的に除去される。これにより、次に、エッチステップの残りの期間に、溝の底から、シリコンを事実上化学プロセスによって除去することができる。蒸着ステップとエッチステップとを交互に行うことにより、主として等方的なエッチをもたらすエッチステップのみを使用した場合と異なり、大きなアスペクト比の溝をエッチすることができる。
【０００５】
深エッチプロセスの各ステップに影響する要因がいくつかある。特に、エッチステップの間、ラジカルの密度が露出シリコンのエッチ速度に影響し、また陽イオンの密度、エネルギー、および方向が、不動態化層のどこがどのように除去されるかに影響する。
【０００６】
深溝エッチングの場合、大きなシリコンエッチ速度を実現するために多数のラジカルを生成するプラズマ加工装置の使用が望ましい。実際、エッチングステップのために理想的な条件は、不動態化ステップのためには理想的でないことがありうる。同時に、十分な数の非常に指向性の高い比較的低エネルギーのイオンを生成させて、フォトレジストマスクの有意の厚みを除去することなく、一方で溝の底から不動態化層を除去する必要がある。明らかに、いったんマスクがエッチ除去されてしまうと、マスクからの同程度のパターン転写を継続することは不可能である。
【０００７】
プラズマ加工装置は、イオンとラジカルとの両方を生成させ、それぞれの数は、一般に、装置への供給電力が増大すると、増大する。ラジカルとイオンとの相対的な数は電力供給条件によって変化しうるが、しかし必ずしも深溝エッチの場合に必要な理想的バランス状態にあるわけではない。
【０００８】
本発明は、少なくともいくつかの実施形態においては、前記数のバランスを調節し、空間分布を改善して二つのステップ（エッチおよび不動態化）の“個別”最適化を可能にして、正確な溝断面のエッチングを保証し、かつウェーハの異なる領域間でのエッチの良好な均一性を与える方法と装置を開示するものである。エッチ種の生成と不動態化種の生成との関連を大きく低下させる方法を提示する。実際、本発明はこのことが有利でありうるすべてのプラズマ加工工程に適用できるものである。
【０００９】
本発明の第一の側面によれば、ガス入口と基板の支持体とを有する室内にプラズマを発生させる手段、エッチステップと蒸着ステップとを交互に実施するエッチ及び蒸着手段、並びに実質的にラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させる減衰手段を有し、その減衰手段が、交互に実施するエッチステップと蒸着ステップとの間で磁場による減衰能力が変わるように制御される電磁場生成手段を備えているプラズマ加工装置が提供される。
【００１０】
基板支持体と基板には、当該工程に適するように、電気的バイアスをかけることができる。
【００１１】
減衰手段は、室の一部または全体を横断する広がりを有することができる。
【００１２】
プラズマ加工装置は、ＲＦ電力の誘導結合により加工プラズマが生成されそして維持され、第二のＲＦ電源によって基板（ウェーハ／加工物とすることができる）にバイアスが加えられる装置であるということができる。しかし、この説明は、関連する概念を説明するためのものであり、プラズマが他の手段たとえばマイクロ波、ＥＣＲ、ヘリコン、容量結合、ＤＣ、およびパルス化電力供給その他、によって生成される装置の排除を意図するものではなく、またバイアスがパルス化または非パルス化ＤＣまたはＲＦ手段によって基板に加えられる装置の排除を意図するものでもない。
【００１３】
プラズマ加工装置は、連続または切替えプロセスにおいて、周期的エッチ／蒸着工程の蒸着および／またはエッチステップの各々に対して能力を変えることのできる減衰手段とともに使用することができる。
【００１４】
減衰手段は任意の適当な減衰器またはフィルターとすることができ、特に好ましい形態をあとで述べる。
【００１５】
エッチおよび蒸着ガスは同じまたは別々の供給システムによって供給することができる。
【００１６】
エッチガスの一例として、ＳＦ６が使用されるが、他のエッチガスも使用でき、それらは当業者には周知である。
【００１７】
好ましい実施形態においては、室の少なくとも一部が誘電体材料で作られる。特に、室の上部を誘電体材料で作り、その際基板支持体が室の下部にあるようにするのが好ましい。好ましくは、アンテナを、誘電体部分の外部に隣接させて配置する。そうすれば、このアンテナは室内にプラズマ生成領域を与えるように作用することができる。このアンテナは、装置の内部に生成されるプラズマにＲＦ電力を誘導結合させるように使用することができる。ＲＦ電力の周波数は一般に１３．５６ＭＨｚであるが、他の周波数も使用できる。
【００１８】
基板支持体には、好ましくは、第二のＲＦ電源からエネルギーが供給される。このようなシステムに精通している人には良く知られているように、プラズマの中にある基板にＲＦ電力を供給すると、基板に擬似ＤＣバイアスが発生し、たとえば、陽イオンの基板方向への加速が起る。
【００１９】
減衰手段は支持体上の基板の上方に配置することができ、特に好まくは、プラズマ生成領域と基板との間に配置する。減衰手段は、基板に到達するイオン束を減衰させる一方、なおかつ生成領域に高密度プラズマが存在するのを可能にする、という目的を有する。
【００２０】
減衰手段は、プラズマ生成領域で生成される中性ラジカル、または室の上流にある中性プラズマに、実質的に何の影響も与えない。ただし、減衰手段における少量の付着または再結合は別である。
【００２１】
減衰手段の電磁場生成手段は、電磁場をたとえば可変的なやり方で生成する。たとえば、この手段は導電体を有することができる。これは、導体を流れる電流を調節することにより、磁場の強さをそれぞれの特定工程に合せて調節することができるという点で、永久磁石の使用にまさる利点を有する。好ましい構造においては、電磁場生成手段は、互いに角度のずれたそれぞれの磁場を生成するように個別に配向された電磁コイルグループの配列を含む。互いに６０度または１８０度ずれた磁場を生成するように設計された三組のコイルグループを備えるのが有利である。これらのグループには、回転磁場を生成させるために順番にエネルギーを与えることができる。コイルが６０度のずれを有する場合、三組のグループへの最初の配列のエネルギー供給を実施したあと、電源の極性を逆転させることにより、３６０度全体にわたる回転効果を得ることができる。ただし、減衰手段は更に磁石部分を有することができ、とくに減衰手段は一つ以上の永久磁石を有することができる。
【００２２】
必要であれば、減衰手段は、電磁場生成手段と一つ以上の永久磁石との両方を含むようにすることができ、磁場の強さのうちのある選択部分が永久磁石による一定のものであるが、電磁場を生成させる電流を変えることにより、この磁場を増大または減衰させることができる。電磁場は全磁場の一部分でしかないので、必要な電流は、全磁場の生成に必要な電流に比して小さく、したがって小さな電源と小さな断面積の導体とですむことになる。これにより、たとえば、切り替え法の中でエッチステップ時には減衰を使用するが、蒸着ステップ時には磁場を減衰させるか又は完全に切ってしまう可能性が与えられる。実際、この磁場による減衰／フィルターの能力は工程可変なものとすることができ、切り替え法のステップ間で変えることができ、あるいは非切り替え法の進行中に変えることができ、あるいは切り替え法の進行中に変えることができ、あるいは切り替え法のステップの両方にわたって変えて工程の進行の全体にわたってよりゆるやかな変化を上乗せすることができる。
【００２３】
減衰手段は好ましくはエッチステップ時にイオン束を有意に減衰させることのできる大磁場を生成させる。磁場の強さは好ましくは５０〜５００ガウスとし、さらに好ましくは１５０〜３００ガウスとする。
【００２４】
一つの実施形態においては、減衰手段は、永久磁石、または電磁石を形成する導体を保持する一つ以上の管部材を有することができる。これらの部材は互いに平行とすることができ、またたとえば支持体の表面に平行とすることができるが、これらの配向はいずれも必須ではない。これらの部材は、室の全幅にわたって延びて完全なフィルターを与えることができ、あるいは室の全幅の一部にわたって延びて部分フィルターを形成することができ、あるいは遠く離して配置するかまたは弱い磁石を使用して部分フィルターを形成することができる。さらに、または代替的に、減衰手段は、室の側壁に実質的に平行とすることができるが、これは、室の壁からの距離が壁の長さ方向に沿って変化する減衰手段の使用を排除するものではない。一つの実施形態においては、減衰手段は、室の蓋から、室の一つの壁から延びる板部材まで延びており、この板部材は好ましくは適当に（たとえば中心に）配置された開口を有する。代替実施形態として、減衰手段の上端は板部材上に終ることができる。したがって、このような実施形態における減衰手段は誘電体窓の頂部と底部との間の全体にわたって延びていてもいなくても良い。
【００２５】
減衰手段は温度制御することができ、たとえば冷却することができる。任意の適当な冷却媒体が使用できるが、特定例として、強制供給空気および水がある。冷却媒体を管状部材に通し、磁石が高温にさらされないようにすることができる。供給部材たとえばマニホールドの形のものを、冷却媒体を減衰手段に供給するために備えることができる。
【００２６】
減衰手段および／または供給部材には、電気的バイアスを加えることができる。
【００２７】
一つの実施形態においては、減衰手段は、一つ以上の強い磁石を有することができ、これらの磁石は好ましくはプラズマ室の外部に配置するが、あるいは室の内部に配置することができ、好ましくは冷却する。この実施形態の場合も、強い磁石は永久磁石、電磁石、または両者の組合せとすることができる。
【００２８】
減衰手段は、複数の開口を有するシート部材、たとえば“グリッド”の形のものを有することができる。このグリッドは、いろいろな位置にいろいろな寸法の開口を有することができ、また充実部分を有することができる。この実施形態の場合、シート部材は好ましくは金属である。
【００２９】
このシート部材の目的は、基板に到達するイオン束を、シート部材上でのイオン損失により減衰させることであり、またこのシート部材が金属製である場合、プラズマに対して等電位平面を定め、ウェーハに向って加速されるイオンが、二つの平行平面の間の十分に確定された電位勾配を通過するようにすることである。このシート部材には、室の金属要素に対する電気的バイアスをかけることができる。シート部材の負のバイアスはイオンの捕集を助長する。
【００３０】
シート部材の全体的“透明度”が小さい場合、シート部材への大量の蒸着が起ることがあり、したがって蒸着ステップ時の基板への蒸着速度の低下がもたらされうる、という危険がある。この要因はシート部材を加熱することによって小さくすることができる。一つの実施形態において、シート部材は支持体の表面に対して実質的に平行に、好ましくは誘電体窓の底部領域にまたはその近くに、配置することができる。あるいは、シート部材は円筒形とすることができる。この実施形態の場合、装置は、さらに、室にガス（エッチまたは蒸着）を供給する手段を、円筒の片側または両側に有することができる。このガス供給は、エッチステップと蒸着ステップのどちらが進行中であるかによる。
【００３１】
シート部材は、誘電体部分を途中まで下がった位置に配置することができ、任意の適当なやり方で支持することができる。たとえば、シート部材は、第一の支持部材によって室の蓋から、かつ／または第二のシート支持部材によって誘電体部分の下から支持することができる。シート支持部材は、任意の適当な材料で作ることができるが、一つの例は、スロットがある導電性材料である。あるいは、室に二つの誘電体部分（第一および第二の誘電体部分）を備えて、減衰手段をこれらの間に配置することができる。このようにすれば、シート部材に電気的バイアスをかける、より実用的な手段の使用が可能になり、またこの全般的なコンセプトは他の形態の加工装置にも転用することができる。
【００３２】
二つ以上のアンテナを誘電体部分（一つまたは複数）の外部に隣接させて配置することができ、少なくとも一つのアンテナは好ましくは減衰手段よりも高い位置にあり、少なくとも一つのアンテナは減衰手段よりも低い位置にある。そのような実施形態の場合、室には、一種又は複数種のガスを供給するための入口を減衰手段よりも高い位置に備え、そして、一種又は複数種のガスを供給するためのもう一つの入口を減衰手段よりも低い位置に備えることができる。特に、エッチ／蒸着工程の蒸着ステップのために、別のアンテナ（またはプラズマを発生させるのための他の手段）を減衰手段の下方に備えることができる。別のアンテナが減衰手段の下方にある場合、ガスを減衰手段の水準よりも低い位置に供給することができる。
【００３３】
本発明の別の側面によれば、室内にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置で使用する減衰手段であって、実質的にラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させることのできる減衰手段が提供される。
【００３４】
この減衰手段は前述の好ましいまたは随意の特徴を有することができる。
【００３５】
切り替え法で基板をエッチするときに、前述のように、基板に到達するイオン束を減衰させるために、この減衰手段を使用することができる。一つの実施形態においては、基板のいろいろな領域に到達するラジカル束を調節することにより、基板全体におけるエッチの均一性を向上させるために、追加の手段を使用することができる。たとえば、加工装置は、さらに、中性ラジカルを案内する手段を有することができる。通常この案内手段はイオン減衰器と共に作動するが、適当な場合、それだけで使用することができる。
【００３６】
たとえば、フッ素ラジカルをシリコンのエッチに使用する場合、特定位置におけるエッチ速度は周囲のシリコンの量によって影響される。これは、シリコンエッチにより、使用できるフッ素ラジカル束が消耗されるからである。したがって、エッチ速度は露光シリコンの縁に向って大きくなる。縁では、シリコンが、一つ以上の側で、基板の中心においてよりも少ないからである。適当な設計により、案内手段は、基板の縁に向うフッ素ラジカル束を減衰させる一方、中心に向う大きな流量を維持することができ、したがって前述の効果が低減または排除される。
【００３７】
案内手段は、円板その他の適当な形状とすることができ、一つ以上の開口を有することができる。一つの好ましい実施形態においては、この案内手段は基板の上方、かつ減衰手段の下方に配置される。開口は、好ましくは基板の露光されるパターンに対応させて形成する。案内手段の一部分は、好ましくは基板のそばに好ましくはこれに近接させて、たとえば５ｃｍよりも近い、一般に２ｃｍよりも近い距離に、配置する。
【００３８】
案内手段は、好ましくは導電性材料で作って地面と絶縁するか、または誘電体材料で作る。減衰手段と案内手段は加工室内に別々に取りつけられた個別の要素とすることができるが、あるいは単一のモジュールにまとめることができる。減衰要素と案内要素との間隔は適当であるように調節することができるが、通常、案内手段の少なくとも一部分が基板の表面に平行でかつこれに近接しているようにし、また減衰手段の方がプラズマ生成領域に近いところにあるように配置する。さらに、案内手段の細部にわたる形状は、基板全体における圧力または流量の勾配を助長するために調節して、基板表面全体における加工速度の均一性をさらに最適化することができる。
【００３９】
案内手段のすべての開口および／または案内手段の外形は、基板の形状または基板上のパターンの形状に適したものとすることができる。たとえば、標準的な丸いウェーハに正方形のパターンをエッチする必要がある場合、または正方形ウェーハの場合には、案内手段に正方形開口を使用することができる。
【００４０】
したがって、本発明のもう一つの側面によれば、室内にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置で使用する案内手段であって、室に導入されるエッチガスの中性ラジカルを案内することのできる案内手段が提供される。
【００４１】
本発明のもう一つの側面によれば、ガス入口と基板用の支持体とを有する室内にプラズマを発生させる手段を有するプラズマ加工装置であって、さらに案内手段を有するプラズマ加工装置が提供される。
【００４２】
本発明のもう一つの側面によれば、室内で基板に構造（ｆｅａｔｕｒｅ）をエッチングする方法であって、室内にプラズマを発生させ、基板のエッチステップと基板上に不動態化層を蒸着するステップとを交互に実施し、その交互に実施するエッチステップと蒸着ステップとの間で磁場による減衰能力が変わるように制御される電磁場生成手段を有する減衰手段により実質的にラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させる方法が提供される。
【００４３】
本発明のもう一つの側面によれば、室内で基板に構造をエッチングする方法であって、基板をエッチングすることと基板上に不動態化層を蒸着することとを交互に行うことを含み、エッチステップ時に中性ラジカルを案内手段によって案内して基板全体におけるエッチングの均一性を向上させる方法が提供される。
【００４４】
大きなエッチ速度の場合、ラジカル数を増大させる必要があり、これはいくつかの方法で実現することができる。すなわち、
（ａ）ソース電力を大きくすることにより、前駆物質ガスの解離率を大きくする。たとえば、ＳＦ６→ＳＦｘ＋ｙＦ。しかし、各ＳＦ６分子から放出されるフッ素ラジカルの数（すなわち、二つのフッ素ラジカルが容易に放出される）によって、効率が制限される。しかし、解離生成物の安定性と再結合反応とにより、各ＳＦ６分子からの二つよりも多くのフッ素ラジカルの放出は制限される。それでも、ソース電力を大きくしてより多くのＳＦ６分子を効率的に解離させる方法によって、エッチ速度を有意に向上させることができる。フッ素ラジカルの収率が飽和してしまうと、さらなるエッチ速度の増大は、ＲＦ電源に比例させてガス流量を増大させることによってのみ実現することができる。
（ｂ）圧力が増大すると、衝突数が増大するので、ラジカル数密度が増大する。しかし、圧力が増大すると、低圧高密度系のプラズマ密度は、閉じ込め度を低下させる“散乱”衝突により、減衰しうる。また、圧力増大によりエッチ断面の異方性が低下する。衝突がイオンの指向度を損なうからである。その結果、“湾曲（ｂｏｗｉｎｇ）”その他により、断面形が劣化し、この劣化はアスペクト比が大きいほどひどくなる。したがって、この方法にも使用における制限がある。
【００４５】
これらの制限を克服し、エッチ速度をさらに向上させる手段は、大電力パルス化ソースを使用することによるものである。非常に大きな電力のパルスを使用することにより（ＧＢ−Ａ−２１０５７２９；Ｇ．Ｓｃａｒｓｂｒｏｏｋ、Ｉ．Ｐ．Ｌｌｅｗｅｌｌｙｎ、およびＲ．Ａ．Ｈｅｉｎｅｃｋｅ、Ｊ．Ｖａｃ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａ＆（３）、Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ  １９８９；Ｉ．Ｐ．Ｌｌｅｗｅｌｌｙｎ、Ｇ．Ｓｃａｒｓｂｒｏｏｋ、およびＲ．Ａ．Ｈｅｉｎｅｃｋｅ、ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１１４８  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（１９８９）参照）、完全なガス解離を起させることができ、前駆物質の完全な分裂が生じる。
【００４６】
したがって、本発明のもう一つの側面によれば、基板に構造をエッチングする方法であって、エッチソースガスにパルス化大電力を加え、室内で基板のエッチングと基板上の不動態化層の蒸着とを交互に実施し、パルス化大電力のパルス持続時間を１００マイクロ秒〜数ミリ秒とする方法が提供される。
【００４７】
一つの好ましい実施形態においては、パルス化大電力の電力密度は１０〜３００Ｗ／ｃｍ３である。
【００４８】
この方法は、さらに、実質的にラジカル数密度に影響を与えることなくプラズマからのイオン束を減衰および／または均一化させるステップを含むことができ、たとえば前記方法のどれでも使用することができる。この方法は、さらにあるいは代替的に、中性ラジカルを案内するステップを含むことができる。
【００４９】
本発明のもう一つの側面によれば、前記方法を実施するためのプラズマ加工装置であって、エッチソースガスのための入口を有する第一の室と基板用の支持体を有する第二の室とを有し、第一および第二の室が開口によって連結されており、さらに第一の室に１００マイクロ秒〜数ミリ秒の持続時間のパルス化大電力を供給する手段を有するプラズマ加工装置が提供される。
【００５０】
以下で説明するパルス化大電力はＲＦであるが、任意の電力たとえばマイクロ波またはＤＣが使用できる。
【００５１】
一つの実施形態において、第一の室は誘電体窓を有することができ、ＲＦパルス化大電力を投入する手段は、好ましくは誘電体窓の外部に隣接して配置されたアンテナである。
【００５２】
第二の室は第一の室から分離部材によって実際に分離することができ、また実際に、パルス化ソースを与える、一つより多くの第一の室を使用することができる。
【００５３】
第二の室は独立のガス入口を有することができる。
【００５４】
好ましくは、プラズマ加工装置は、さらに、開口の近くに配置することのできる減衰手段を有する。この減衰手段は前記の形と同じにすることができるが、好ましくは、磁気フィルターを形成する、開口の片側に配置された磁石の形とする。これにより、パルス化プラズマのソース内への閉込めが助長される。あるいは、磁石は、たとえば前記のものと同様の構成で、開口を横断する管内に配置することができる。
【００５５】
一つの実施形態においては、コンダクタンスの小さな開口が第一と第二の室を連結し、それにより、より大きなソース圧力を実用的に使用することができる。
【００５６】
本発明のもう一つの側面によれば、基板に構造をエッチングする方法であって、高密度のラジカルソースをエッチソースガスに加え、室内で基板のエッチングと基板上の不動態化層の蒸着とを交互に実施し、高密度のラジカルソースが電力密度１０〜３００Ｗ／ｃｍ３のパルス化大電力をエッチソースガスに加える方法が提供される。
【００５７】
エッチおよび／または蒸着ステップは好ましくはプラズマによって実施する。
【００５８】
以上、本発明を明確に示したが、本発明は上に述べた特徴または以下の説明で示す特徴のすべての発明的組合せを含むと理解すべきである。
【００５９】
本発明はいろいろなやり方で実施することができる。以下、例として、本発明のいろいろな特定実施形態を、添付の図面を参照して説明する。これらの図面はすべて本発明の例証のための実施形態を示す。
【００６０】
図１において、プラズマ加工装置の全体を１で示す。装置１は室２を有し、室２には、エッチまたは蒸着ガス（または両方）を、室２の蓋４の入口３を通して送り込むことができる。室２の底５を貫通して延びているのはプラテン６であり、プラテン６にはウェーハ７たとえば半導体ウェーハが載せてある。室２は側壁８を有し、側壁８の上部領域は誘電体窓９の形になっている。アンテナ１０が誘電体窓９の外側に配置してあり、装置の内部に形成されるプラズマにＲＦ電力を誘導結合させるのに使用される。ＲＦ電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであるが、他の周波数も使用できる。示されている実施形態の使用においては、使用エッチおよび蒸着ガスが、エッチステップと蒸着ステップのどちらが進行中であるかに応じて、入口３から交互に送り込まれる。プラテン６には、第二のＲＦ電源からエネルギーが供給される。
【００６１】
室２内には、一連の平行管１１がプラテン６の表面に平行な平面内に取りつけてある。各管は図２に示すように配置された小さな永久磁石または一連の永久磁石を収容している。強制供給空気、水、または他の適当な冷却媒体が管を通して送られ、磁石が高温にさらされないようにしてある。冷却媒体はマニホールド１３によって供給される。
【００６２】
代替実施形態においては、永久磁石１２は、永久磁石によって実現されるものと同様の強さと配向の電磁場を生成させるようなやり方で、前述のように配置された管内の、導電体によって置き換えることができる。さらなる変形として、永久磁石と電磁石との組合せも考えることができる。動作の原理は、アンテナ１０の近くで生成されるプラズマからの電子が、磁場の影響を受ける領域に移動し、磁場によって案内され、Ｅ×Ｂドリフトによって壁８またはマニホールド１３に失われる、というものである。プラズマ内に形成される電場は、電子が失われることによって、イオンも電子が失われる壁またはマニホールドに引きつけられることを保証する。正味の結果は、プラズマが生成される領域からウェーハが配置されている領域に向って、磁場を通過することによるプラズマ密度の低下である。磁場はラジカルには影響を及ぼさず、そして磁石保持管は、表面上での程度の小さな再結合によるラジカル数へのわずかな影響しか有しない。磁石保持管および／またはマニホールドには、適当な場合、電気的バイアスを加えることができる。
【００６３】
この磁気減衰器の使用により、大きなＲＦ電力をプラズマソースに加えることとができ、大きなエッチ速度に必要な多数のラジカルが生成されるが、ウェーハに到達しうるイオンの数が制限され、したがって物理的要因が均一になり十分に制御される。利点には、大きなソース電力のプラズマ（大きなエッチ速度を可能にする）の使用ばかりでなく、エッチの均一性の向上も含まれる。
【００６４】
図３および４は、装置の変形を示す。同一の参照番号は本質的に同一の部品に対応する。ここに示す実施形態において、永久磁石保持管１４は垂直方向に延びており、“かご形”配列に配置されて、内部磁石“バケット”を形成し、各管は誘電体窓９と側壁８とに実質的に平行に配置してある。動作の原理は、図１と２に関して前述したものと同じである。図３において、管１４は、上端が室２の蓋４で終り、下端が中心開口１６を有する板１５で終るように示してある。しかし、注意すべきことは、管１４の上端は必ずしも室の蓋に終る必要はなく、下端を配置するために使用されるものと同様の板で終ることもできるということである。板１５または蓋４は、管１４（通常、導電性）が電気的にバイアスまたは接地されることを可能にする。管１４は、磁気的フィルター構造を与えるばかりでなく、ある程度の静電遮蔽をも与え、したがってアンテナ付近に限定されたプラズマ生成と、プラテン６に加えられるＲＦバイアスによってもたらされるウェーハへのイオン加速との相互作用を小さくする助けとなる。
【００６５】
磁石保持管１４は、空気または冷却流体であることができ、その場合には、上端と下端に適当なマニホールドまたは相互連結が必要となる。
【００６６】
平面状磁気フィルターの場合と同様に、この場合も、永久磁石は、等価な電磁場を形成する、管の適当な配列内の導電導体によって置き換えることができる。さらに、永久磁石と電磁石の組合せを使用して必要な磁場パターンを生成させることもできる。図３には、第二の入口３Ａも示してあり、この入口３Ａと入口３は、一つ以上の供給システムに取りつけて、室にエッチおよび／または蒸着ガスを供給するようにすることができる。
【００６７】
図５はさらなる代替構成を示す。ここに示す実施形態の場合、強い磁石１７が、室２の外部に側壁８に隣接して、誘電体窓９の直下に配置してある。強い磁石１７は長範囲の磁場を生成する。この構成は簡単で安価に製造されるが、磁場が装置のかなり大きな部分にわたって無視できない大きさとなる、という欠点を有する。これは、プラズマ生成領域に影響を与えうるものであり、またおそらくより重大なことは、ウェーハ表面に無視できない強さの磁場を生じうるということである。磁場は永久磁石もしくは電磁石または両者の組合せによって生成させることができる。
【００６８】
図６は、一つの代替構成を示し、この構成においては、水平配置のグリッド１８が室２を横断するように配置してあり、誘電体窓９に近いプラズマ生成領域をウェーハ７から分離している。グリッド１８はいろいろな位置にいろいろな寸法の開口１９を有し、また開口のない充実部分を有することができる。グリッド１８の効果は、前述のように、グリッド１８上でのイオン損失により、ウェーハに到達するイオン束を減衰させることである。
【００６９】
図７は、図６を参照して述べた設計の変形を示す。この実施形態の場合、開口２１を有するグリッド２０は円筒形である（円筒形の加工室の場合）。ガスは、蒸着ステップとエッチステップのどちらが進行中であるかに応じて、入口３または第二の入口３Ａまたはこれら両者に供給することができる。図３を参照して述べたシステムと同様に、グリッド２０は蓋４から誘電体窓９の底部までの全体にわたって延びていても、そうでなくても良い。
【００７０】
より複雑な形のプラズマ加工装置を、図８に示す。グリッド１８が誘電体窓２２の途中に配置してある。グリッド１８は、蓋４からまたは誘電体窓２２の下から、支持することができる。前述のように、グリッド１８は、いくつかの同一の開口を有することができ、あるいはさらに、ウェーハ７のいろいろな位置における全体的エッチの均一性の空間的改良のために、打ち抜かれたより大きな開口または区域を有する部分を有することができる。二つのアンテナ２３、２４が誘電体窓２２のまわりに巻かれており、アンテナ２３はグリッド１８よりも高い位置に、アンテナ２４はグリッド１８よりも低い位置に配置されている。ガスは入口３によって室に供給され、もう一つのガス入口２５がグリッド構造物１８の下方に配置されたガスリング２６または類似のガス分配装置への供給を行う。前記と同様に、ウェーハ７は室の底部に近いプラテン６上に支持されている。
【００７１】
図６と７に示す類似のプラズマ加工室の場合、不動態化物質（皮膜形成物質）が、蒸着ステップ時にグリッド構造物に付着しうる。この効果は、グリッド構造物を加熱することによって、小さくすることができるが、それでも、グリッド構造物が存在する場合、強力な不動態化を行う必要の生じることがある。
【００７２】
図８に示す装置の場合、好ましい運転方法は下記のようである。エッチステップにおいては、ガスを入口３に供給し、アンテナ２３にエネルギーを供給する。ラジカルはグリッド構造物１８を通過してウェーハ７の表面まで下降し、一方、陽イオンはグリッド構造物によって減衰し、陽イオンの空間分布が変えられる。ここで有利なことが明らかになったところによれば、アンテナ２４にも低電力レベルのエネルギー供給を行うことができ、またエッチステップで使用するガスの一部をガス入口２５から導入することができる。蒸着ステップにおいては、適当なガスをガス入口２５に供給し、アンテナ２４にエネルギー供給する。通常、加工の蒸着ステップ中には、アンテナ２３にエネルギー供給する必要はなく、またガスを入口３に供給する必要はないであろう。
【００７３】
図８に示す装置の場合、グリッド構造物１８は、動作方法を事実上変更することなく、前述の形のどの磁気減衰器ででも置き換えることができる。
【００７４】
前述のように、エッチ速度をさらに大きくするための手段は、大出力のパルス化ソースを使用することである。非常に大きな電力のパルスを使用することにより、完全なガス解離を起させることができ、エッチガス前駆物質の完全な分裂がもたらされる。たとえば、ＳＦ６がエッチガスである場合、完全なガス解離が次のように起る。
ＳＦ６ → Ｓ＋６Ｆ
【００７５】
代表的なパルス化ＲＦ電力のレベルとパルス持続時間は、それぞれ大体５０ｋＷと２００μｓの程度であるが、必要なパルス化電力はソース寸法の関数であり、ガスの高度の解離を実現するのに必要な電力は、２００〜３００Ｗ／ｃｍ３にも達する。ここで適当な電力要件の範囲は、必要な解離促進の程度に応じて、たとえば、１００μｓ〜数ｍｓのパルス持続時間、および１０〜３００Ｗ／ｃｍ３の電力密度である。ソースは、表面への硫黄の凝縮を促進するために冷却部材を有することができる。
【００７６】
図９は、前記要件を満たすための装置を示す。示されている実施形態においては、開口２７が室２の蓋４に存在する。開口２７からは、誘電体窓側壁２９を有する補助室２８が延びており、補助室２８にはアンテナ３０が巻かれている。補助室２８は、上部表面に、エッチガスを供給するための入口３１を有する。室２の蓋４には、入口３２も備えてあり、この入口を通って、不動態化ガスまたはエッチ関係のガスが供給される。誘電体窓９のまわりのアンテナ１０は、前述のように不動態化用またはエッチ用プラズマを生成させる。補助室２８、誘電体側壁２９、アンテナ３０、および入口３１は、一緒になって、全体を３３で示す大出力パルス化ソースを形成する。その目的は、パルス化電源３３内に多数のラジカルを生成させ、そのあとこのラジカルを主加工室内に拡散させることである。パルス化プラズマのソース内閉じ込めを助長するために、磁石３４を開口２７の両側に配置して磁気フィルターとする。あるいは、たとえば図１および２に示すものと同様の構成で、磁石を、開口を横断する管内に、主加工室２を分割するために、配置することができる。
【００７７】
図１０は、開口２７近くにおける代替実施形態を示す。この実施形態の場合、補助室の下部が壁３５から成り、壁３５は開口２７側の端に対向する上端に向って絞られている。この図では、誘電体部分が先細になるように示してあるが、この部分は金属製とすることもでき、たとえば分離部材構造物の延長部とすることができる。このようにすれば、低ポンピングコンダクタンスの開口が与えられ、このような実施形態の場合、パルス化大電力プラズマソースの圧力を、主加工室２の圧力に有害な影響を及ぼすことなく、増大させることができる。
【００７８】
図９および１０に示す実施形態の目的は、エッチングステップを実施する手段を与えることのできる大ラジカル密度ソースを生成させ、一方蒸着プラズマソースを分離する、というものである。前記のパルス化大電力ソースは、任意の高密度ラジカルソース（プラズマまたは非プラズマ）で置き換えることができる。このソースが望ましくない帯電成分を発生させる場合、前記の減衰手段を、帯電成分のウェーハへの移動を制限するために、有効に使用することができる。ソースが主としてラジカルのみを生成させる場合、そのような減衰手段は必要ないであろう。この場合、本発明の目的は、周期的エッチ／蒸着加工方法における、エッチステップ種生成を含む高ラジカルソースの使用ということになる。
【００７９】
図１１に示すのは図１のものと類似の装置であるが、この装置は円板３６の形の案内手段を含むという点が異なる。円板３６はウェーハ７の上方、管１１の下方に配置され、一つ以上の開口を含むことができる。ラジカルは、開口を通過し、あるいは円板３６を迂回してウェーハ７に到達することができ、ウェーハ７の表面上を拡散して、ウェーハ７上で化学反応が起る。この場合、円板３６の機能は、円板の下にある領域での加工速度を（束密度を制限することにより）低下させることである。円板３６がウェーハ７に近いほど、加工速度の低下が大きい。円板３６がウェーハ７に非常に近い場合（間隔が１０ｍｍよりも小）、局所的な電磁場の乱れの可能性があり、円板３６が導電性材料で作られていて、接地されている場合には特にそうである。これは、用途によっては、有害なものとなりうる。好ましい実施形態においては、円板３６は、導電性材料製で地面と絶縁されているか、または誘電体材料で作られるかである。前記の絶縁された導電性材料または誘電体材料は、イオン束とこれに到着する電子との間の釣り合いが生じるので、局所プラズマの浮遊電位をもたらす。その他のイオンは円板３６の開口を通過するか、円板３６を迂回するかして、基板に到達する。
【００８０】
図１２Ａは、代替の形成された案内手段３７を示す。該手段はウェーハ７の横断方向における圧力または流量の勾配を助長する。しかし、基板とエッチパターンの形状、反応器設計、および局所圧力とガス流の挙動に応じて、より複雑な形状（必要であれば、開口をつける）が使用できる。図１２Ｂは、図１２Ａの部分拡大図であり、前述のような、ウェーハ７の縁への過剰なラジカル束を克服することを意図する、この成形案内手段３７は、ウェーハ７に平行な部分３７Ａと傾斜部分３７Ｂとを有する。この傾斜部分３７Ｂはウェーハ７の表面への束を増大させる。この部分がないと、案内手段の内側縁に関して“縁効果”が生じうる。示されている実施形態の場合、寸法ｄは小さく、したがって部分３７Ａの縁はウェーハ７の縁に近い。寸法ａ、ｃ、およびｄは、縁効果を補正するために、必要に応じて調節することができる。
【００８１】
案内手段は、たとえば図１３に示すような、分断プラズマソースを使用する加工室に取りつけることができる。この案内構造物を３８で示す。アンテナ３９は、第一のガス供給システムから入口３を通じて供給されるガスを使用するエッチステップにおいて、割合に大きな電力のプラズマを発生させ維持するために使用される。この強力な放電により、多数のラジカルの生成がもたらされ、これらのラジカルはウェーハ７に向って拡散し、案内構造物３８によってウェーハ表面に案内される。放電による大きなイオン束は、減衰構造物４０により、工程に適したレベルまで減衰させられる。
【００８２】
蒸着ステップにおいては、ガスは、入口３または第二のガス供給システムに接続した入口４１を通じて、減衰構造物４０の上方または下方に導入することができる。アンテナ４２は、蒸着工程に適した密度のプラズマを生成させるのに使用することができる。このやり方の場合、蒸着ステップにおいては、アンテナ３９には、通常、エネルギーが加えられない。アンテナ４２が装置に取りつけられない代替構成の場合、ガス供給システムから供給される適当な蒸着ガスまたは代替ガスを使用して、アンテナ３９によって発生させられ維持されるプラズマが使用される。蒸着ガスは入口４１を通じて導入される。どちらの場合も、蒸着物質は案内構造物３８に下方に向って拡散し、ウェーハ７の表面に案内される。
【００８３】
案内構造物は、多数のラジカルが別の室で生成される図９に示す装置においても使用することができる。しかし、案内構造物の目的は前記の場合と同じままである。
【００８４】
案内構造物は、該構造物への付着を少なくするために加熱することができる。
【００８５】
図１４は、３組の陽イオン電流密度の実験測定値を、基板表面から上方への距離に対してプロットした結果である。２組の測定値は、図１および２に示す形の磁気減衰器を備えているケースについて測定した。
【００８６】
条件は、次の通りである。
（ａ）加工室内に磁気減衰器が存在しない。
（ｂ）示されている位置に磁気減衰器が存在する。最大の磁場の強さは、磁石保持管同士の中間における６５ガウスである。
（ｃ）磁気減衰器が存在する。最大の磁場の強さは、磁石保持管の中間同士における２３０ガウスである。
【００８７】
ＲＦ電力は、図１および２に示す位置にある、加工室の誘電体部分のまわりに配置されたアンテナに加えられる。
【００８８】
測定値は、プラズマがアンテナの位置またはその近くで最大密度を有し、加工室の蓋と基板との両方に向って拡散する、ということを示している。
【００８９】
磁気減衰器の効果がはっきりと見られ、磁気減衰器の下方では、基板に向って、イオン密度が有意に減衰している。
【００９０】
前記三つの条件において、簡単なエッチと蒸着の工程を実施した。その結果を下記の表１に示す。
【００９１】
【表１】
0004714309.tif 000002
【００９２】
この表の示すところによれば、磁気減衰器は、磁場の強さが大きい場合、比較的小さなエッチ速度低下しか生じないが、ずっと大きな蒸着速度の低下をもたらす。
【００９３】
エッチ速度は、主として、アンテナ近傍で生成される比較的長寿命の中性ラジカルによって決まり、基板の表面に運ばれるイオンによる影響は小さい、と考えられる。これは観察結果と一致している。すなわち、観察結果は、磁場を増大させたとき、エッチ速度が３０％減衰することを示している。
【００９４】
蒸着速度は、磁場の存在によって強く影響され、これは、基板近くの帯電粒子密度が蒸着過程にとって重要であることを示す。
【００９５】
この結果が示すのは、エッチ／蒸着切り替え法の場合、エッチステップの間は強い磁場を与え、蒸着ステップの間は弱い磁場を与えることのできる電磁石による磁気減衰器を使用することが利点を有する可能性を示す。注意すべきことは、エッチステップ時の強い磁場の目的は、基板に到達して不動態化層を除去するイオン束を小さくし、一方アンテナ近傍でのプラズマ密度を大きなままに保って、下にある材料をエッチする高密度のラジカルを与えることを可能にする、ということである。アンテナ近傍に生成されるプラズマに供給されるＲＦ電力は、二つのステップのそれぞれに対して異なるレベルに設定し、密度の異なるプラズマを生成させることができる。特に、エッチステップ時に供給する電力を、蒸着ステップ時に供給する電力よりもずっと大きくすることが考えられる。
【００９６】
図１５は、いろいろなアンテナ電力の場合について、陽イオン電流密度の実験による測定値を基板表面上方の距離に対してプロットした結果を示す。
【００９７】
図１６Ａと１６Ｂとは、電磁減衰器の可能な配置の切り欠き図と、該減衰器のためのコイル巻き線の部分の可能な配置とを示す。図１６Ａのマニホールド管４３は、図１６Ｂに示す構成の巻き線４４を保持する。管４３はマニホールド４５に接続され、管４３内の巻き線４４の空気または流体冷却を可能にする。
【００９８】
図１７Ａに示す装置は、電磁イオン減衰器４６を有し、減衰器４６は、プラズマ加工室４７内に取りつけられ、中性ラジカルが高密度プラズマ領域４９から基板４８に到達するのを許容し、一方基板４８に到達するイオン束を減衰させるという目的を有する。
【００９９】
この装置は導線５０から成るいくつかの導電コイル（図１７Ｂ参照）を有し、これらのコイルはそれぞれ局所磁場を生成する。これらのコイルはプラズマ加工室内に配置されているが、中性ラジカルの通過に対して大きな透明度を有する構造によって、プラズマとの直接接触から保護されている。これらいくつかのコイルの配列は、コイルのグループが互いに連結されるようになされる。ある一定の時刻には、一つ以上のグループにエネルギーを供給することができ、加工室４７を横断する磁場が与えられ、該磁場は基板４８に到達するイオン束を減衰する一方、中性ラジカルの通過に対しては最小限の妨害しか与えない。
【０１００】
磁場を生成するコイルの加工室内での配置は、生成される磁場が縦方向に局在している、すなわち高密度プラズマ領域４９内まで大きく広がっておらず、また基板４８に向って下方に大きく広がっていない磁場、の生成を可能にするものである。これは、コイルを数１０ｍｍの間隔で配置して磁場が縦方向にこの程度の距離に局在するようにすることができるので、実現される。これは、コイルまたは永久磁石を加工室の外部に配置する場合と異なる。外部配置の場合、コイルまたは永久磁石が数１００ｍｍの間隔で配置されるので、磁場は縦方向に数１００ｍｍの程度の広がりを有する。高密度プラズマ領域内まで延びる広範囲磁場は、電力とプラズマとの結合効率を低下させうるものであり、また基板表面の大きな磁場の強さは基板に到達するイオンの指向性に影響を与えうる。
【０１０１】
コイルのグループは、加工室で必要とされる真空の性質に適合する適当なフィードスルーによって、加工室の外に引き出される終端を有する。流体またはガスをコイルのまわりに循環させて、導線のオーム加熱によって生成される熱と、プラズマによってコイルを包囲する構造物に伝えられる熱とを除去することができる。コイルを包囲する構造物は、流体またはガスが加工室内に漏出するのを防ぐように作らなければならず、また流体またはガスの導入のために別のフィードスルーを取りつけることが必要となりうる。コイルのグループには、電源を導線により適当なフィードスルー接続部に接続することによって、エネルギーが供給される。
【０１０２】
コイルの特定配列は、三つのグループに分けて配置するようにすることができ、コイルの終端は、各グループにおいて、一つの導線が電流供給線となり、第二の導線が電流の戻り線となるようにする。したがって、三つのグループに対して合計で導線６本となる。可能な配列を図１７Ｃに示す。この図では、コイル構造物の平面図と、それぞれ１、２、３の番号がつけられた各コイルグループの配置とが示されている。電源を第一のコイルグループのコイルのための導線対に接続すると、均一な磁場が加工室を横断して生成される。第一のコイルグループへの接続を切って第二のコイルグループに電源を接続すると、同様の磁場が生成されるが、この磁場は、加工室の軸方向に見た場合、第一のコイルグループによって生成されるものに対して６０度の角度をなしている。第一、第二のコイルグループへのエネルギーを供給しないで、第三のコイルグループに電源を接続すると、第一のコイルグループに対してさらに６０度回転した磁場が生じる。したがって、各コイルグループに順番にエネルギーを与えると、加工室を横断する磁場が６０度ずつ回転する。そのあと、電源の極性を逆転させ、各コイルグループに順番にエネルギーを与えると、磁場の向きをさらに６０度ずつ回転させることができる。正味の結果は、それぞれのコイルグループにエネルギーを与え、適当な時点で電源の極性を逆転させることにより、磁場の向きが３６０度全体にわたって回転させられるということである。３相交流電源を、各コイルグループが一つの相に接続されるように、コイルグループに接続すると、電源の周波数で回転する磁場が生成される。
【０１０３】
前記説明においては、各コイルグループに順番にエネルギーを供給するとき、磁場の向きの６０度の回転が起るように、コイルが配向されたが、これは、磁場の向きにもっと大きなまたは小さな角度変化が起るように配向したコイルの使用を排除するものではない。コイルグループに特定の順序でエネルギー供給することは必須ではない。したがって、正味の結果は、磁場の時計回りもしくは反時計回りの回転、または他の任意の順序での配向またはランダムな配向とすることができる。
【０１０４】
基板に到達するイオンの軌道に及ぼす磁場の影響による、基板の加工の不均一性を低下させるために、加工中に磁場の向きを回転または他のやり方で変えるのが望ましい。
【０１０５】
結論として、加工室内に配置されたいくつかのコイルグループを使用するイオン減衰器の構造と動作は、三つの可能な利点を有する。
１．室を横断する磁場は、コイルまたは永久磁石が室の外部に配置された場合に比して、縦方向に、より局在する。
２．永久磁石でなくコイルを使用することにより、加工中に磁場の強さを変えることができる。特に、工程のそれぞれのステップ時に異なるレベル間で磁場の強さを切り替えることができる。
３．室を横断する磁場は、基板に到達するイオンの指向性に影響を与える可能性があるが、加工の均一性を向上させるために、回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるプラズマ加工装置の断面図である。
【図２】  図１の磁石配列を示す切り欠き平面図である。
【図３】  本発明の代替装置の断面図である。
【図４】  図３に示す実施形態の平面断面図である。
【図５】  代替装置の断面図である。
【図６】  もう一つの代替装置の断面図である。
【図７】  装置のもう一つの実施形態の断面図である。
【図８】  もう一つの代替実施形態の断面図である。
【図９】  プラズマ室への開口の設計を示す、もう一つの代替実施形態の断面図である。
【図１０】  もう一つの実施形態の、プラズマ室への開口の拡大断面図である。
【図１１】  案内手段を有するプラズマ加工装置の断面図である。
【図１２Ａ】  案内手段を示す、室の下部の切り欠き図である。
【図１２Ｂ】  図１２Ａの部分の拡大図である。
【図１３】  案内手段を有する代替装置である。
【図１４】  図１と２に示す形の減衰手段を用いて得られた、陽イオン電流密度の実験測定値である。
【図１５】  いろいろな電力における実験測定値である。
【図１６ＡおよびＢ】  電磁石コイルの構造を示す図である。
【図１７Ａ】  好ましい電磁石コイル減衰器の構造の特徴を示す図である。
【図１７Ｂ】  好ましい電磁石コイル減衰器の構造の特徴を示す図である。
【図１７Ｃ】  好ましい電磁石コイル減衰器の構造の特徴を示す図である。
【符号の説明】
１  プラズマ加工装置
２  加工室
３  開口
４  蓋
５  加工室の底
６  プラテン
７  ウェーハ
８  側壁
９  誘電体窓
１０  アンテナ
１１  電磁石および／または永久磁石を保持する平行管
【図１】
0004714309.tif 000003
【図２】
0004714309.tif 000004
【図３】
0004714309.tif 000005
【図４】
0004714309.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004714309.tif 000008
【図７】
0004714309.tif 000009
【図８】
0004714309.tif 000010
【図９】
0004714309.tif 000011
【図１０】
0004714309.tif 000012
【図１１】
0004714309.tif 000013
【図１２Ａ】
0004714309.tif 000014
【図１２Ｂ】
0004714309.tif 000015
【図１３】
0004714309.tif 000016
【図１４】
0004714309.tif 000017
【図１５】
0004714309.tif 000018
【図１６Ａ】
0004714309.tif 000019
【図１６Ｂ】
0004714309.tif 000020
【図１７Ａ】
0004714309.tif 000021
【図１７Ｂ】
0004714309.tif 000022
【図１７Ｃ】
0004714309.tif 000023