(57)【要約】【課題】処理容器と筒状電極の接触を回避し、磁力線の変動が生じないようにし、処理容器内壁がスパッタされにくいようにする。【解決手段】ウェハ２００を収容する処理容器２０３と、処理容器２０３内に対してガスを供給する供給系２５１と、ガスを排気する排気系２５２と、処理容器２０３の外周囲に配置される筒状電極２１５と、筒状電極２１５の外周囲に配置される磁石２１６と、筒状電極２１５に高周波電力を印加する高周波電源２７３とを備える。この構成において、筒状電極２１５は、処理容器２０３との間に所定の隙間Ｇを設けるようにして配置される。また、筒状電極２１５の外周囲に配置される磁石２１６は、筒状電極２１５の筒軸方向に沿って少なくとも２段設けられ、磁石２１６はヨークで筒状電極２１５に固定され、ヨークに冷却手段が設けられる。さらに磁石２１６は、筒状電極２１５の端部に重なるように配置させ、筒状電極２１５と部分的に重なるようにする。【選択図】  図１
2005072028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に対してガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器からガスを排気するガス排気手段と、
前記処理容器の外周囲に配置される筒状電極と、
前記筒状電極の外周囲に配置される磁石と、
前記筒状電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、
前記筒状電極は前記処理容器との間に隙間を設けて配置され、
前記ガス供給手段およびガス排気手段により前記処理容器へ反応ガスを供給しつつ排気し、前記高周波電力印加手段から高周波電力を印加された前記筒状電極によって形成される電界と、前記磁石によって形成される磁界によりプラズマを発生させて、前記基板に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置。
【請求項２】
前記筒状電極の外周囲に配置される磁石は、前記筒状電極の筒軸方向に沿って少なくとも２段設けられ、
前記筒軸方向に沿って設けられた磁石はヨークで前記筒状電極に固定され、
前記ヨークに冷却手段が設けられている
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に対してガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器からガスを排気するガス排気手段と、
前記処理容器の外周囲に配置される筒状電極と、
前記筒状電極の外周囲に配置される磁石と、
前記筒状電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、
前記筒状電極は前記処理容器との間に隙間を設けて配置され、
前記磁石は前記筒状電極の端部と重なるように配置され、
前記ガス供給手段およびガス排気手段により前記処理容器へ反応ガスを供給しつつ排気し、前記高周波電力印加手段から高周波電力を印加された前記筒状電極によって形成される電界と、前記磁石によって形成される磁界によりプラズマを発生させて、前記基板に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置に係り、特にプラズマを発生するプラズマ源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理を行う半導体製造装置として、変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置がある（例えば、特許文献１参照）。
これは、プラズマ損失防止用に用いられていた磁力線の一部をマグネトロン放電によるプラズマ生成にも利用できるように放電用電極及び永久磁石の形状を工夫したものである。誘電体製の処理容器の外周にアルミニウム製の筒状電極を配置し、筒状電極の外周にさらに筒状の永久磁石を配置したことを示す概念図が示されている。筒状電極と永久磁石とにより交差する高周波電界と磁界を形成することにより、マグネトロン放電を発生してプラズマを生成する。このプラズマによってヒータ加熱した基板をプラズマ処理する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２００１−１９６３５４号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されたものは、つぎのような問題があった。
【０００５】
（１）誘電体製の処理容器と、金属製の筒状電極とは熱膨張率に差があるため、処理容器と筒状電極との間に隙間がないと、プラズマ処理中に処理容器が熱膨張で拡径して筒状電極と接触し、強度の弱い誘電体製の処理容器が破損することがあった。
（２）また、処理容器と筒状電極間に隙間がないように設計されていると、処理容器又は筒状電極の加工精度上の問題で、組立て段階やプラズマ処理中に、処理容器と筒状電極とが部分的に接触したりすることがある。処理容器と筒状電極とが部分的に接触すると、筒状電極に取り付けられた磁石の一部が熱伝導により加熱される。したがって、磁力線が周方向で不均一になり、周方向に均一なプラズマが得られなくなる。そのような事態が生じないよう、加工精度や組み立てに細心の注意を払わなければならないため、プラズマ源の設計が難しく、装置の生産性、組立性も悪い。
（３）処理容器と筒状電極とが接触しなくても、処理容器からの輻射熱で磁石が加熱されることがあるが、それにより磁力線の変動が生じ、その結果、磁力線が周方向で不均一になり、周方向に均一なプラズマが得られなくなることがあった。
（４）筒状電極と磁石とが重なって筒状電極と磁石との端部が一致していると、磁力線が筒状電極と磁石の角部に集中して、この角部に対応する処理容器内壁がスパッタされやすく、パーティクルが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、処理容器と筒状電極の接触を回避することが可能な半導体製造装置を提供することにある。また、本発明の課題は、磁力線の変動が生じないようにした半導体製造装置を提供することにある。また、本発明の課題は、処理容器内壁がスパッタされにくい半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に対してガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器からガスを排気するガス排気手段と、前記処理容器の外周囲に配置される筒状電極と、前記筒状電極の外周囲に配置される磁石と、前記筒状電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、前記筒状電極は前記処理容器との間に隙間を設けて配置され、前記ガス供給手段およびガス排気手段により前記処理容器へ反応ガスを供給しつつ排気し、前記高周波電力印加手段から高周波電力を印加された前記筒状電極によって形成される電界と、前記磁石によって形成される磁界によりプラズマを発生させて、前記基板に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置である。
【０００８】
熱膨張率の差異のある処理容器と筒状電極との間に隙間を設けると、筒状電極に対する処理容器の熱膨張を許容することができ、熱膨張によって処理容器が筒状電極と接触して破損するようなことがなくなる。また、処理容器又は筒状電極の加工精度上からも、組立て時やプラズマ処理中に、処理容器と筒状電極との部分的接触を回避することができるので、加熱された処理容器から筒状電極を介して磁石が直接加熱されるということもなく、そのために磁力線が周方向で不均一になったりするということもない。
【０００９】
処理容器と筒状電極との間に設ける所定の隙間は、処理容器や筒状電極の製作誤差や熱膨張を考慮に入れると、１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲が好ましい。１ｍｍより少ないと接触するおそれがあり、８ｍｍよりも大きいと、より強力な磁石が必要になり、コスト面で不利になる。より好ましくは２ｍｍがよい。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記筒状電極の外周囲に配置される磁石は、前記筒状電極の筒軸方向に沿って少なくとも２段設けられ、前記筒軸方向に沿って設けられた磁石はヨークで前記筒状電極に固定され、前記ヨークに冷却手段が設けられている半導体製造装置である。
【００１１】
磁石は少なくとも２段設けるようにしたので、磁石を設けるに当たって磁極の極性が互いに逆向きになるように配置することにより、処理容器内の中央まで磁力線を伸ばすことができ、筒状電極の近傍に形成されるプラズマを基板の中心部まで効率よく拡散できる。また、各段の磁石はヨークで固定されるので、ヨークで各段の磁石間を接続する磁気回路を形成することにより、所望の磁力線を処理容器内に容易に形成できる。また、ヨークに冷却手段が設けられていると、処理容器からの輻射熱で加熱される磁石が冷却されるため、加熱による磁力線の変動を少なくできる。なお、冷却手段は、冷媒配管や冷媒ジャケットで構成することができる。
【００１２】
第３の発明は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に対してガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器からガスを排気するガス排気手段と、前記処理容器の外周囲に配置される筒状電極と、前記筒状電極の外周囲に配置される磁石と、前記筒状電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、前記筒状電極は、前記処理容器との間に隙間を設けて配置され、前記磁石は前記筒状電極の端部と重なるように配置され、前記ガス供給手段およびガス排気手段により前記処理容器へ反応ガスを供給しつつ排気し、前記高周波電力印加手段から高周波電力を印加された前記筒状電極によって形成される電界と、前記磁石によって形成される磁界によりプラズマを発生させて、前記基板に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置である。
【００１３】
磁石の端部が筒状電極の端部から突き出して配置されていると、筒状電極の端部の角部に磁界が集中するのを回避でき、角部の近辺の処理容器内壁に生じるスパッタ作用を低減できる。筒状電極に対する磁石の最適配置は、磁石の突き出している部分と突き出していない部分とを等しくして、磁石の中間部が、ちょうど筒状磁極の端部に位置することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の半導体製造装置の実施の形態を説明する。半導体製造装置はプラズマ処理炉を備える。実施の形態のプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウェハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子はドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので、高密度プラズマを生成できる。この高密度プラズマにより反応ガスを励起分解させる。
励起分解させた反応ガスによって、基板表面を酸化または窒化等の拡散処理をしたり、基板表面に薄膜を形成したり、あるいは基板表面をエッチングしたりする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１５】
図１に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第１の容器と第２の容器とから構成された処理容器２０３を備える。第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから内部に処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の窒化アルミニウムや酸化アルミニウム又は石英等の誘電体で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７は窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で形成することによって、プラズマ処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１６】
上側容器２１０の上部には、ガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられる。シャワーヘッド２３６は上側容器２１０とは別体のアルミニウムで構成され、接地電位とされる。シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられる。下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０で構成される。前記ガス導入口２３４は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を設けたガスを供給する供給管であるガス供給管２３２を介して反応ガス２３０の図中省略のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れて排気されるように、下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１７】
なお、上述したマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａ、ガス供給管２３２、ガス導入口２３４、シャワーヘッド２３６から供給系２５１が構成される。ガス排気口２３５、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６から排気系２５２が構成される。供給系２５１から処理容器２０３内に対してガスを供給するガス供給手段が構成され、排気系２５２から処理容器２０３からガスを排気する排気手段が構成される。
【００１８】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理容器２０３の外周に設置されて筒状電極２１５近傍の処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。上述した整合器２７２と高周波電源２７３とから筒状電極２１５に高周波電力を印加する高周波電力印加手段を構成する。
【００１９】
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。永久磁石の材質は、例えばネオジム系希土類コバルト磁石である。筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の筒軸方向の上下端近傍２段に配置される。上下の筒状磁石２１６，２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６，２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。また、筒状磁石２１６は２段設けたので、処理容器２０３内の中央まで磁力線を伸ばすことができ、ウェハ２００の中心部にプラズマを効率よく拡散することができる。
【００２０】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウェハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウェハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウェハ２００を６００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００２１】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極（図中省略）も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００２２】
変形マグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電によりウェハ２００を処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウェハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００２３】
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００２４】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウェハ２００を突上げるための基板突上手段であるウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウェハ突上げピン２６６が設けられる。
【００２５】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウェハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができるようになっている。
【００２６】
また、制御手段であるコントローラ１２１は、高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１，ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続され、それぞれを制御するようになっている。
【００２７】
上記のような構成において、ウェハ２００表面を、又はウェハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００２８】
ウェハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウェハ２００をウェハ突上げピン２６６の先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウェハ２００を載置することができ、更にウェハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２９】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウェハ２００を室温〜６００℃の範囲内でウェハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を１〜２６６Ｐａの範囲内に維持する。
【００３０】
φ２００ｍｍのウェハ２００を処理温度、例えば５００℃に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスＮ２のみ、又はＯ２のみ、又はＯ２及びＫｒを処理室２０１に配置されているウェハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。このときのガス流量はＮ２が１００〜８００ｓｃｃｍ、Ｏ２が２００〜９００ｓｃｃｍ、Ｋｒが５〜１００ｓｃｃｍである。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１３．５６ＭＨｚ，５０〜１０００Ｗの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００３１】
筒状磁石２１６，２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウェハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
【００３２】
なお、コントローラ１２１により、高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力をを印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。
【００３３】
ところで、上述したようなＭＭＴ装置において、上側容器２１０が熱膨張して拡径し、筒状電極２１５と接触して、比較的強度の低い上側容器２１０の側壁が破損することがある。また、上側容器２１０の側壁と筒状電極２１５とが部分的に接触して、筒状磁石２１６が加熱されるという問題も生じる。そこで、上側容器２１０と筒状電極２１５とが接触しないような隙間を設ける必要がある。
【００３４】
そのために、図２にも示すように、筒状電極２１５は、処理容器２０３の外側壁との間に所定の隙間Ｇを設けて配置する。ドーム型をした上側容器２１０のドームの寸法製作誤差や真円度、及び円筒状の筒状電極２１５の寸法製作誤差や真円度などを考慮し、さらに上側容器２１０の熱膨張を考えると、隙間Ｇは１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲が好ましい。１ｍｍより少ないと接触するおそれがあり、８ｍｍより大きいと、より強力な磁石が必要になり、コスト面で不利となるからである。具体的には、サセプタ温度５００℃としたとき、隙間は２ｍｍ程度が最も妥当な寸法であると考えられる。
【００３５】
上述した所定の隙間Ｇを処理容器２０３（上側容器２１０）と筒状電極２１５との間に保持するには、処理容器２０３を設置後、処理容器２０３の外周囲に筒状電極２１５を配置し、隙間ゲージのような治具を用いて、処理容器２０３の外周囲で隙間Ｇが均等になるように、筒状電極２１５の位置を調整して設置する。
【００３６】
このように上側容器２１０の外側壁と筒状電極２１５との間に所定の隙間（例えば２ｍｍ）を設けることにより、処理容器２０３が加熱されて熱膨張しても、処理容器２０３は筒状電極２１５と接触することがなくなるので、処理容器２０３が破損することがなくなる。
また、処理容器２０３と筒状電極２１５間の隙間に余裕があるように設計されているため、組立て段階やプラズマ処理中に、処理容器２０３と筒状電極２１５とが部分的に接触したりすることがなくなる。したがって、プラズマ源の設計が容易となり、装置の生産性、組立性も向上する。また、筒状電極２１５を介して磁石の一部が加熱されることがなくなるので、周方向に均一な磁力線を維持でき、周方向に均一なプラズマを維持できる。
【００３７】
ところで、上述したようなＭＭＴ装置において、上側容器２１０の外側壁と筒状電極２１５との間に所定の隙間Ｇを設けた場合でも、加熱された上側容器２１０からの輻射熱を受けて筒状磁石２１６が加熱されることがあるため、改善の余地がある。
【００３８】
そこで、次に説明する実施の形態では、筒状電極にヨークで筒状磁石を固定したうえ、ヨークに冷却手段を設けて、筒状磁石を冷却できるようにしてある。
【００３９】
図３に示すように、上側容器２１０の外周に配置した筒状電極２１５は異型断面を持つように形成する。すなわち、筒軸方向の上下端部を薄く中央部を外側に厚くして、同一断面で異なる板厚部を持たせる。この筒状電極２１５の外側に、筒状電極２１５と逆形状の異形断面を持つヨーク１０１を、筒状電極２１５と嵌合するようにネジ１０２で固定する。このとき筒状電極２１５の薄い上下端部と、ヨーク１０１の厚い上下端部との間には、筒状磁石挿入用の間隙を残すようにする。この上下の筒状磁石挿入用間隙に、筒軸方向の上下両端から筒状磁石２１６を挿入し、接着剤で保持することにより、筒状電極２１５の外周囲に２段の筒状磁石２１６を配置する。ヨーク１０１は鉄のような磁性材料から構成して、ヨーク１０１で２段の筒状磁石２１６を繋ぐ磁気回路を形成する。
【００４０】
このヨーク１０１の外周囲に冷却手段として、例えば冷媒配管１０３を環状に取り付ける。冷媒配管１０３のヨーク１０１への取り付けは溶接又は接着剤で行う。図３（ａ）の図示例のように、環状の冷媒配管１０３は、２段の筒状磁石２１６と対向するヨーク１０１の上下端部に２つ設けることができる。また、図３（ｂ）の図示例のように、ヨーク１０１の中央部近傍に１つ設けるようにしてもよい。冷媒配管１０３に流す冷媒は、常温の水が最も簡易で安価であるが、ガスでも、あるいはフッ素系液体でもよい。冷媒配管１０３は、熱伝導性の良好な銅で構成するとよい。
サセプタ２１７に埋め込んだヒータ温度が５００℃のとき、筒状磁石２１６に何も対策を施さなければ、筒状磁石２１６は９０℃以上に加熱されるが、冷媒配管１０３に常温の水を流して冷却すると、筒状磁石２１６の温度を７０℃以下に冷却することができる。
【００４１】
図４に、磁石温度によって変動する磁力線のシミュレーション結果を示す。実線Ａで示す磁力線は磁石温度が低い場合で、二点鎖線Ｂで示す磁力線は磁石温度が高い場合をそれぞれ示す。ここで低い磁石温度、高い磁石温度は相対温度である。このシミュレーション結果より、筒状磁石２１６の温度が高くなると、磁力が低下することがわかる。温度によって例えば５％磁力が落ちたりする。また、加熱温度がある程度までの温度に納まれば、常温になった場合に磁力は戻るが、例えば磁石が９０℃以上に加熱されてしまうと、磁力が８０％までしか戻らない。この点で、実施の形態によれば、ヨーク１０１の筒状磁石２１６の近接部に冷媒配管１０３を取り付けて冷却水のような冷媒を流すことにより、加熱される筒状磁石２１６を７０℃以下に冷却するので、筒状磁石２１６が処理容器から輻射熱を受けても、図４に示すような磁力線の変動を少なくできる。また、磁石は９０℃以上に加熱されないので、常温になった場合にも磁力をもとの値に戻すことができる。
【００４２】
ところで、筒状電極２１５と２段の筒状磁石２１６とを備えたＭＭＴ装置においては、処理室２０１内に、図５に示すようなパターンの電気力線Ｅ及び磁力線Ｈが形成される。筒状電極２１５の内側面から径方向内方に向かって出る電気力線Ｅは、対向面から出た電気力線Ｅとの相互作用により処理室中央部で反発を受ける。このため電気力線Ｅは処理室を横断することはなく、半径方向の範囲内で接地されている上方と下方に向かう。上方に向かう電気力線は、筒状電極２１５から径方向内方に向かって出た後、緩い弧を描いて上昇し接地電位にあるシャワーヘッド２３６に入る。下方に向かう電気力線は、筒状電極２１５から径方向内方に向かって出た後、緩い弧を描いて下降し同じく接地電位にあるサセプタ２１７に入る。
【００４３】
筒状磁石２１６の内側面から径方向内方に向かって出る磁力線Ｈは、処理室中央部で対向面から出た磁力線Ｈとの相互作用により、処理室中央部で反発を受ける。このため半径方向の範囲内でループを描く。すなわち、上段（または下段）の筒状磁石２１６から径方向内方に向かって出た後、処理室の中央部を縦断して折り返し、径方向外方に向って下段（または上段）の筒状磁石２１６に入る。この磁力線Ｈは、処理容器２０３の中心軸（筒状電極２１５の中心軸）１１０にほぼ平行な部分を有する。そして、この平行部分の長さは、中心軸１１０に近づくほど長くなる。
【００４４】
筒状電極２１５の近傍のプラズマ生成領域２２４で生成されたプラズマは磁力線Ｈに沿って拡散する。サセプタ２１７の存在する処理室２０１の下半分側では、磁力線Ｈがプラズマ生成領域２２４からサセプタ２１７に向かって延在している。したがってプラズマは、生成領域２２４からサセプタ２１７に向かって拡散しやすくなっている。また図中省略されているが、サセプタ２１７と交差する磁力線Ｈは、サセプタ２１７の中心部ではサセプタ２１７へ垂直の角度で入り、サセプタ２１７の周辺部では斜めの角度で入るようになっている。したがってプラズマ生成領域２２４から遠く離れているサセプタ２１７の中心部にもプラズマが効率よく拡散するようになっている。その結果、φ２００ｍｍ又はそれ以上の径を持つ大面積ウェハ表面で均一なプラズマを生成することができる。
【００４５】
ところで、図６（ｃ）に示すように、筒状電極２１５と筒状磁石２１６との配置にあたって、筒状電極２１５と筒状磁石２１６とを重ねて、筒状電極２１５の端面と筒状磁石２１６の端面とを一致させると、図６（ｄ）に示すように、電界が筒状電極２１５の角部２１８に集中して、この角部に対応する上側容器２１０の内壁が、プラズマ中のイオンによりスパッタされやすくなり、筒状磁石２１６の配置に改善の余地がある。
【００４６】
そこで、図６（ａ）に示すように、筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の端部と重なるように配置して、筒状電極２１５の一端部から筒状磁石２１６の一端部が突き出している。筒状磁石２１６と筒状電極２１５端部とが重なるようにすると、上述した筒状電極角部近傍の反応容器内壁に対するスパッタ作用を抑制でき、スパッタ量を低減できる。これは、筒状磁石２１６は、筒状磁石の筒軸方向の高さの中間部に近いほど磁束が集中するので、筒状磁石２１６の中間部に近いほど磁界強度が強いという性質がある。磁界中に存在する荷電粒子（イオンと電子）の運動速度は、電界に比例し、磁界強度に反比例する性質がある。したがって、筒状磁石２１６と筒状電極２１５端部とが重なるようにすると、磁界強度を強くして、荷電粒子の運動を抑えることができるので、スパッタ量が低減できる。筒状電極２１５に対する筒状磁石２１６の最適配置は、図６（ｂ）に示すように、筒状磁石２１６の筒軸方向の高さの中間部が、ちょうど筒状電極２１５の端部に来るようにする。このようにすることにより、電界の集中する筒状電極２１５の端部において、最も磁界強度を強くすることができ、処理容器内壁のスパッタを最も効果的に低減することができる。
なお、スパッタ量はガスの圧力や種類によって変わる。例えば高い圧力では筒状電極２１５に近い部分に濃いプラズマができるから、スパッタ量も増えると予想される。また、分子量の大きいガスであると、内壁を叩く力も強いと考えられるので、ガス種によってもスパッタ量が変わると予想される。しかし、この実施の形態では筒状電極端部に対して筒状磁石を重なるように配置したことにより、筒状電極の角部への磁力線の集中を回避するようにしたので、ガスの圧力や種類にかかわらず、スパッタ量を低減でき、パーティクルの発生量を抑制することができる。
【００４７】
ＭＭＴ装置はプラズマ処理によって薄膜を形成するＣＶＤ装置の外に、拡散装置やプラズマエッチング装置にも適用可能である。また、冷却手段は、冷媒配管を設ける場合について説明したが、ヨークを冷媒ジャケット構造としたり、ヨークに冷媒ジャケットを被せるようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器と筒状電極との間に隙間を設けたので、処理容器と筒状電極の接触を回避することできる。また、磁石を冷却するようにしたので、磁力線の変動が生じないようにすることができる。また、磁石を筒状電極の端部と重なるようにしたので、処理容器内壁のスパッタ量が減り、パーティクルの発生を抑制することができる。したがって安定した半導体プロセス性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＭＭＴ（変形マグネトロン型プラズマ源）装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態による処理容器と筒状電極との隙間を示す説明図である。
【図３】実施の形態の変形例による筒状電極に対する磁石及び冷媒配管の取付け説明図であり、（ａ）は冷媒配管が２本の場合、（ｂ）は冷媒配管が１本の場合をそれぞれ示す。
【図４】磁石温度が低い温度と高い温度における磁力線のシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】実施の形態による処理室内に形成される電気力線と磁力線のパターンを示す説明図である。
【図６】プラズマ源を構成する筒状電極及び筒状磁石と電気力線及び磁力線パターンの要部詳細図であり、（ａ）は筒状電極から筒状磁石の端面が突き出している実施の形態の要部詳細図、（ｂ）は筒状電極に対する筒状磁石の最適配置図、（ｃ）は筒状電極と筒状磁石の端面が一致している従来例の要部詳細図、（ｄ）は従来例の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
２００    ウェハ（基板）
２０３    処理容器
２５１    ガス供給手段となる供給系
２５２    ガス排気手段となる排気系
２１６    筒状電極
２１６    磁石
２７３    高周波電源（高周波電力印加手段）
Ｇ    隙間
【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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