(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギーをプラズマに実質的に容量結合させることなく、エネルギーをプラズマに誘導結合させる方法を提供する。【解決手段】荷電粒子および活性化中性種を含有するプラズマを発生するプラズマ発生領域を有する室２０２と、プラズマ発生領域から距離をおいて配置されている基板７と、プラズマ発生領域と基板の間に形成されている流動経路と、無線周波数の第１電源、前記室のプラズマ発生領域に隣接し、かつ、前記無線周波の第１電源に結合されて、無線周波数の第１電源からプラズマに電力を誘導する誘導コイル２２４と、プラズマ発生領域と、流動経路を横切る基板との間に配置された荷電粒子のフィルターと、前記誘導コイルとプラズマの間の分割ファラデーシールド２２６であって、誘導コイルが第１無線周波数の第１電源からプラズマに電力を誘導結合するように、少なくとも一つの実質的に非導電性ギャップを形成する分割ファラデーシールドを備える。【選択図】図１２
2005045231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子および活性化中性種を含有するプラズマを発生するプラズマ発生領域を有する室と、プラズマ発生領域から距離をおいて配置されている基板と、プラズマ発生領域と基板の間に形成されている流動経路と、無線周波数の第１電源、前記室のプラズマ発生領域に隣接し、かつ、前記無線周波の第１電源に結合されて、無線周波数の第１電源からプラズマに電力を誘導する誘導コイルと、プラズマ発生領域と、流動経路を横切る基板との間に配置された荷電粒子のフィルターと、前記誘導コイルとプラズマの間の分割ファラデーシールドであって、誘導コイルが第１無線周波数の第１電源からプラズマに電力を誘導結合するように、少なくとも一つの実質的に非導電性ギャップを形成する分割ファラデーシールドを備え、その分割ファラデーシールドが、前記誘導コイルとプラズマの間の容量結合を実質的に低下させその結果、荷電粒子フィルターの電位に対するプラズマ電位の変調を低下させることを特徴とした基板処理用プラズマリアクター。
【請求項２】
荷電粒子フィルターが導電性材料を含有している請求項１に記載のプリズマリアクター。
【請求項３】
フィルターが実質的に平面であり、そして誘導コイルがフィルターに実質的に平行な誘導電場を前記室内に発生する請求項１に記載のプリズマリアクター。
【請求項４】
フィルターが導電性材料を含有している請求項３に記載のプラズマリアクター。
【請求項５】
フィルターが少なくとも一つの凹んだ領域を形成し、そして分割ファラデーシールドが、フィルターの凹んだ領域に凹んだカソードの放電が起こるのを防止する請求項２に記載のプラズマリアクター。
【請求項６】
荷電粒子のフィルターが、近接して配置されている一連の開口を形成する第１グリッド、および第１グリッドの近接して間隔をおいて配置された一連の開口からずらして、近接して間隔をおいて配置されている一連の開口を形成する第２グリッドを含む複数の隣接グリッドを備えた請求項２に記載のプラズマリアクター。
【請求項７】
第１と第２のグリッドが短い距離の間隔をおいて配置され、そしてフィルターのこれらグリッドの少なくとも一方の厚みが前記短い距離より大きい請求項６に記載のプラズマリアクター。
【請求項８】
さらに、荷電粒子がフィルターに引き付けられるように、フィルターに結合された第２電源を備えてなる請求項２に記載のプラズマリアクター。
【請求項９】
さらに、荷電粒子がフィルターのグリッドに引き付けられるように、電場をフィルター内に誘導する第２電源を備えてなる請求項６に記載のプラズマリアクター。
【請求項１０】
プラズマを発生するプラズマ室と、無線周波数の第１電源と、プラズマに隣接し、かつ無線周波数の第１電源に結合されて無線周波数の第１電源からプラズマ中に電力を誘導結合する誘導コイルと、伺誘導コイルとプラズマの間に配置され、かつ誘導コイルが無線周波数の第１電源からプラズマに電力を誘導結合するような少なくとも一つの実質的に非導電性のギャップを形成する分割ファラデーシールド、ならびに、処理するために基板がプラズマの産物に暴露されるように配置された基板の支持体とを備え、キャパシタンスとインダクタンスが前記文詩体と地上電位の間に与えられ、そのキャパシタンスとインダクタンスが、処理中に、無線周波数の第１電源の所定の周波数に対して高いインピーダンスを与えるよう選択されることを特徴とした基板処理用プラズマリアクター。
【請求項１１】
キャパシタンスとリアクタンスが、前記支持体と地電位の間に配置された並列ＬＣ回路によって与えられる請求項１０に記載のプラズマリアクター。
【請求項１２】
さらに、プラズマと基板の間に配置された荷電粒子フィルターを備えてなる請求項１０に記載のプラズマリアクタ−。
【請求項１３】
プラズマを発生するプラズマ室と、高周波第１電源と、プラズマ室に隣接し、かつ高周波の第１電源に結合されて高周波の第１電源からプラズマに電力を誘導結合する誘導コイルと、誘導コイルとプラズマの間に配置され、かつ誘導コイルが高周波の第１電源からプラズマに電力を誘導結合するように少なくとも一つの実質的に非導電性のギャップを形成する分割ファラデーシールドと、処理するために基板が生成されたプラズマに露光されるように配置された基板の支持体とを備えてなり、可変インピーダンスが分割ファラデーシールドと接地電位の間に与えられ、そしてその可変インピーダンスが、処理中、高周波の第１電源の与えられた周波数に対して低くなるように選択されることを特徴とした基板処理用プラズマリアクター。
【請求項１４】
可変インピーダンスが、プラズマリアクターが点火中、与えられた周波数に対して高くなるよう選択される請求項１３に記載のプラズマリアクター。
【請求項１５】
可変インピーダンスが直列ＬＣ回路によって与えられる請求項１３に記載のプラズヤリアクター。
【請求項１６】
前記直列ＬＣ回路を可変キャパシタを備えている請求項１５に記載のプラズマリアクター。
【請求項１７】
さらに、プラズマと基板の間に配置された荷電粒子フィルターを備えてなる請求項１３に記載のプラズマリアクター。
【請求項１８】
荷電粒子フィルターが導電性材料を含有している請求項１７に記載のプラズマリアクター。
【請求項１９】
荷電粒子フィルターが、一連の相互に近接した開口を形成する第１のグリッドと、前記第１グリッドの近接して設けた一連の開口からずらして近接して設けた一連の開口を形成する第２グリッドとを含む複数の近接したグリッドを有したことを特徴とする請求項１８に記載のプラズマリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特にウエハ処理等に適したプラズマリアクターおよび方法に関する。詳しくは、本発明は、主として誘導結合電力によってプラズマを発生させるウエハ処理用プラズマリアクター（反応装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体ウエハ、その他の基板の薄膜付着、エッチング、レジスト除去、および関連処理のために様々な方法が使用されている。代表的な方法は、フォトレジストの形成、レジストによって保護されていない領域のエッチング、および残留レジストの除去を含む。エッチングおよびレジスト除去の１つの方法として、基板またはレジストを溶かす薬品浴への基板の浸漬かある。この方法は一般に、湿式エッチングまたはストリッピングとして知られる。湿式エッチングは概念的には簡単であるが、大きな欠点がある。例えば、毒性化学薬品の貯蔵、取扱い、および処分を必要とする点である。また、湿式薬品エッチングは等方的、すなわち、全ての方向に比較的均等にエデチングが行なわれる。これは、アンダーカットと呼ばれるフォトレジスト下の横方向のエッチングをもたらし、湿式エッチングでは達成できる寸法制御を制限することにつながる。
【０００３】
それに代わるものとして、薄膜付着、エッチング、レジスト除去等にプラズマを使用する方法がある。プラズマは、電気的にほぼ中性のイオン化ガスである。これは、かなりの密度の自由電子および正に帯電したイオンを含む。イオン化状態を維持するためには、ガスに常時エネルギーを補給することにより、大部分が反応室の壁で行なわれる荷電粒子の再結合を相殺しなければならない。従来の異方性プラズマ処理では、イオンの衝突率を減ずるため、圧力も低く維持しなければならない。エッチングのためのプラズマは一般に、真空室内で低圧に維持されたガスに高周波(RF)電界を印加することによって発生する。
【０００４】
集積回路デバイスの製造では、熱力学的平衡状態でない条件の下で処理することによって外形寸法および側壁輪郭を制御することができるので、異方性プラズマ・エッチングを使用することが望ましい。これにより、マスク層のエッジから実質的に垂直に伸長する正確に定義された位置の側壁を有する集積回路の特徴を出すことが可能になる。これは、エッチングの深さに匹敵する外形の大きさおよび間隔を備えたデバイスでは重要である。
【０００５】
図１は、エッチングに使用される典型的なウエハ処理用プラズマリアクターを示す。この反応装置は、プラズマ室２を囲む金属壁１を有する。壁１は接地され、プラズマ電極の１つとして機能する。ガスはガス源３から反応室２に供給され、プラズマ処理に適した低圧を維持するために、反応装置からガスをポンプで活発に吐き出す排気システム４によって排出される。高周波電源装置５は、電力を反応室２に容量結合してプラズマを発生させる第２通電電極６に接続される。ウエハ７は、処理用の通電電極６またはその近くに配管される。ウエハは、スリット弁８等のポートを通して反応室２内に搬入されたり、そこから搬出される。
【０００６】
プラズマリアクターでは、主に１３．５６MHzの高周波電力が使用される。それはこの周波数がＩＳＭ（工業、科学、医療）の標準周波数であり、それに対し政府が勧告する放射制限が非ＩＳＭ周波数、特に通信帝城の周波数ほど厳しくないためである。１３．５６MHzの実質的に普遍的な使用はさらに、このＩＳＭ標準のためにこの周波数で利用できる大量の装置があることからも奨励される。他のＩＳＭ標準周波数として２７．１２MHzおよび４０．６８MHzがある。これらは１３．５６MHzのＩＳＭ標準周波数の１次および２次高調波（first and second order harmonics）である。
【０００７】
このエネルギーは反応室内のガスに印加され、プラズマを発生させる。プラズマは定性的に異なる２つの領域、つまり準中性等電位誘導プラズマ体９およびプラズマ・シースと呼ばれる境界層１０によって構成される。プラズマ体は、実質的に等密度の正荷電粒子と負荷電粒子およびラジカルと安定中性粒子から成る。反応室に結合された高周波電力はエネルギーを自由電子に結合し、これらの電子の多くに充分なエネルギーを与え、これらの電子とガス分子との衝突によりイオンを生成することができる。このイオン化以外に、プラズマ体内では分子の解離および励起が行なわれる。解離では、０2などの分子が、酸素原子など、より小さい破片に分解される。励起では、分子はまとまっているが、エネルギーを吸収し、励起電子状態に入る。イオン化、分解、および励起の相対量の制御は、プラズマに印加されるエネルギーのレベルや圧力をはじめ、様々な要素によって決定される。
【０００８】
プラズマは多数の移動電荷担体から成り、したがって導電性媒体である。したがって、プラズマの内部はほぽ一様の電位状態にある。しかし、プラズマは物体と接触した状態で長時間存在することができず、いわゆるシースによって物体から分離される。プラズマ・シースは、電子数が少なく導電性が低いが、電界強度の大きい領域である。プラズマ，シースは、プラズマ体と反応装置の壁や電極等の物体との界面の間に垂直電界を有する。ウエハとの界面における電界は、ウエハの表面に対し垂直にイオンを加速させる。この垂直方向のポンバードメント（衝突）により、異方性エッチングが可能になる。一般に、ウエハ７は通電電極６の位置またはそれより少し上に配置され、そこに強い“自己”バイアスが働くことによりイオン衝撃エネルギーが高められ、したがってエッチング工程が改善されるので、商業的に実行可能なエッチング速度を達成することができる。
【０００９】
しかし、多くの最新ＩＣ構造は、図１の従来のプラズマ・エッチング装置などで使用されるような高エネルギー（＞１００ｅＶ）のイオンによるイオン・ボンバードメントに対し敏感である。他のエッチング工程では、選択度を維持するために、もっと低いイオン・エネルギーが要求される。ウエハの損傷はイオン・エネルギーおよび関連シース電圧の低下と共に減少するので、より低い放電電力レベルおよび電圧で動作する方が有利である。残念ながら、１３．５６MHzの容量結合電力の場合、この電圧低下により、反応種およびイオンの生成率はそれに比例して低下し、したがって、多くの処理でエッチング速度が低下する結果となり、処理のスループットが著しく低下する。
【００１０】
エッチング速度は、ウエハ表面におけるイオン電流密度および通電電極におけるシース電圧に依存する（シース電圧は、エッチングのために表面に衝突するイオンのエネルギーを決定する）。シース電圧を低下した場合、エッチング速度を実質的に一定に維持するには、ウエハのイオン電流密度を上げなければならない。そのためには、ウエハ付近のプラズマ・イオン密度を上げなければならない。残念ながら従来のプラズマ・エッチング装置では、電極のシース電圧およびその電極付近のイオン密度は両方とも一緒に増加または減少し、どちらも電極に印加される高周波電力の振幅の単調増加関数である。したがって、高周波信号の電圧を低下することによってシース電圧を低下すると、ウエハにおけるイオン電流密度も低下し、それによりエッチング速度は、シース電圧だけを低下した場合より、さらに大きく低下することになる。したがって、商業的に適切なエッチング速度のソフト・エッチングエ程（すなわち、ウエハにおけるシース電圧を低下したエッチング工程）を実現するためには、ウエハにおけるシース電圧およびイオン密度を独立して制御することが望ましい。
【００１１】
反応室を取り囲む誘導コイルは、高周波エネルギーをプラズマに誘導結合し、半導体処理用のプラズマの組成および密度を制御するために使用することができる。ウエハに隣接する別個の通電電極は、エッチングのためにウエハ表面に入射されるイオンを加速するために使用される。これらの２つの機構を用いて、プラズマのエネルギーおよびイオン密度を制御することができ、それにより低いイオン・エネルギーで高いエッチング速度を達成することができる。
【００１２】
しかし、既知の方法によるエネルギーのプラズマ室への誘導結合では、問題が生じる。誘導コイルなどの誘導エネルギー源では、電流が反応室への容量結合をも発生させるおそれがある。これは高周波エネルギー源の周波数ではプラズマ・シースの電位を変化させる。
【００１３】
したがって、−イオン密度を制御するために使用する−誘導エネルギー源が、イオン・エネルギーにも影響を与えることになるので、イオン密度とエネルギーは事実上独立していない。これはさらにエッチングの左右対称性を低下させ、電圧変動に敏感な基板を損傷することにつながる。また、時間平均プラズマ電位が増加し、それによりウエハに衝突するイオンのエネルギーが増加し、エッチングの選択度に悪影響が生じる。
【００１４】
したがって、エッチングのために必要なものは、ウエハ表面におけるイオン密度とイオン・エネルギーを別個に制御する方法である。また、シース電位を実質的に変化させずに、エネルギーをプラズマに誘導結合してイオンを発生させる方法も必要である。
【００１５】
プラズマリアクターは、イオン・エネルギーやシース電位の変化にもっと敏感な、レジストの除去などの工程でも使用される。エッチング工程でレジストを使用した後、レジストを除去しなければならない。レジストは一般に、炭化水素重合体などの有機膜である。一般的なレジストの除去は、解離による大量の酸素原子の生成を含む。酸素原子にさらされると、炭化水素レジスト膜は燃えつきて無くなる。この特定のレジスト除去工程はしばしば、アッシング（灰化）と呼ばれる。同様の方法で他の膜を除去する場合、添加剤やその他のガスを使用することもある。
【００１６】
エッチングは比較的高エネルギーのイオン・ボンバードメントに依存するが、レジストの除去などの工程は、半導体ウエハ上の薄膜と活性種（解離された酸素原子など）の化学反応に依存する。一般に、高周波電力もしくはマイクロ波電力がガスに結合されてプラズマが発生する。プラズマは、ウエハ上の薄膜と反応する解離原子の供給源として作用する。
【００１７】
しかし、エッチング工程とは違い半導体ウエハをプラズマに直接曝すことは望ましくない。プラズマと直接接触すると、ウエハに対する高密度の荷電粒子束およびプラズマ・シースがウエハ表面に隣接して形成され、プラズマからのイオンによるスパッタリングが発生する。したがって半導体ウエハは、静電気の帯電、イオン・ボンバードメント、または紫外（ＵＶ）光への露呈のいずれかのために損傷し、そのために半導体ウエハの歩留りは低下する。
【００１８】
有害なスパッタリングを減少する１つの方法は、プラズマを遠方に発生させ、急激な折返しを含む流動経路を通してウエハに解離原子を提供することである。プラズマ内のイオンは、プラズマを発生させるために使用する電極および反応室壁と衝突するが、急激な折返しによって半導体ウエハに達することはほぼ防止される。
【００１９】
同様の方法が、米国特許第５，２１７，５６０号（クラノ）に記載されている。クラノ特許に記載されているプラズマリアクターを図２に示す。この反応装置は、外側反応管１１および内側反応管１２から成る。ガスはガス管１４を通して供給される。電極１５、１６が電界Ｅを形成し、それにより外側管１１と内側管１２の間にプラズマが形成される。穴１３により反応ガスがウエハ１７に達することができるが、イオンは内側管１２に衝突する。
【００２０】
しかし、レジスト除去などに使用される従来のプラズマリアクターには、様々な不利益がある。第一に、プラズマをウエハから分離するために、複雑な構造が必要である。第二に、複雑な流動経路を通して原子ラジカルをウエハに供給するので、ウエハに入射されるラジカルの線束密度（フラックス）が不均等になる。これは、レジスト除去の均―性を低下する。第三に、プラズマにエネルギーが容量結合することにより電流が流れたり、イオンがより大きいエネルギーで反応室璧やプラズマ室内の電極に衝突する。これは、反応装置の寿命を縮めることがある（特に、レジストの「アッシュ」から残留化学物質を除去するために、特定のガス添加剤を使用する場合）。従来の誘導コイルでは、プラズマとエネルギーの容量結合も発生し、プラズマ電位が変化し、そのためにプラズマを介して最も近い位置の金属表面に電流が流れるので、この問題は、結合エネルギーが主として誘導結合エネルギーである場合にも存在する。このため、プラズマとウエハを分離するために使用する障壁に放電が発生することがあり、こうした障壁の有効性が制限されるおそれがある。少数のイオンが通過できるように障壁に小さい穴を使用する場合ヽプラズマ電位が変化すると、穴の中、またはグリッド間にホロー陰極放電が発生することがある。これは実際、障壁を通過する荷電粒子電流を増大させる．最後に、解離されたガスが、遠隔ウエハに到達するまでに再結合することがあり、原子供給源としてのプラズマの効率は低下する。
【００２１】
したがって、レジストの除去などの工程に必要なものは、過剰イオンを生成することなく、かつ不必要に高周波電流を通すことなく、もしくは反応室壁、電極、または半導体ウエハに電荷を蓄積させることなく、豊富な解離原子を生成させる方法である。また、反応室内でプラズマを発生させ、ウエハにイオンを衝突させることなく、かつウエハの処理を低下させる複雑な構造を必要とすることなく、半導体ウエハに中性活性種を供給する方法も必要である。荷電粒子の密度が低い、あるいは非常に局在化された密度のプラズマを発生させ、これらの荷電粒子の大部分を、ウエハに達する前に中性活性種から濾過により除去することが望ましい。また、プラズマの電位を実質的に変化させることなく、エネルギーをプラズマに誘導結合する方法も必要である。
【００２２】
【特許文献１】米国特許第５，２１７，５６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の態様の１つとして、エネルギーをプラズマに実質的に容量結合させることなく、エネルギーをプラズマに誘導結合させる方法を提供する。本発明の別の態様として、プラズマとプラズマを包囲する誘導コイルとの間に分割ファラデーシールドを設ける。
【００２４】
本発明のこれらおよびその他の態様の利点は、プラズマのシース電位を実質的に変化させることなく、かつ反応室の壁または半導体ウエハにイオン電流を実質的に流すことなく、プラズマにエネルギーを供給できることである。分割ファラデーシールドは、誘導コイルからのエネルギーがプラズマと容量結合するのを実質的に防止し、それによってプラズマ電位の変化を回避しながら、プラズマに誘導エネルギーを結合することを可能にする。
【００２５】
本発明のさらに別の態様として、反応装置のプラズマと反応装置を包囲する誘導コイルとの間に分割ファラデーシールドを挿入したプラズマリアクターを提供し、また反応装置内に通電電極も設け、処理のためにウエハなどをその電極の位置またはその近傍位置に配置する。
【００２６】
本発明のこの態様等の利点は、誘導コイルを用いてプラズマ内のイオン密度を制御できる一方、通電電極を用いてエッチング等のためのイオン・エネルギーを実質的に独立して制御できることである。本発明のこの態様の別の利点は、商業的に実現可能なエッチング速度を維持しながら、ソフト・エッチングを実現できることである。
【００２７】
本発明のさらに別の態様として、プラズマ電位を静電気によって実質的に変化させることなく、プラズマ内の分子を解離する方法を提供する。本発明のこの態様は、誘導コイルと反応室との間に分割ファラデーシールドを挿入することによって実現される。
【００２８】
本発明のこれら態様の利点は、過剰な電子密度を必要とせずに、かつ荷電粒子の電流を不必要に発生させることなく、あるいは反応室壁、電極、または半導体ウエハに電荷を蓄積させることなく、豊富な解離原子を生成できることである。本発明のこの態様のさらに別の利点は、半導体ウエハにスパッタリングやその他の形による損傷を実質的に生じることなく、レジストの除去等に単純な反応室構造を使用できることである。
【００２９】
本発明のさらに別の態様として、処理のためにウエハ等を保持するために、接地電位とは電気的に単離された基板を提供する。本発明のこの態様の利点は、基板およびウエハに流れる高周波電流の量が減少することである。
【００３０】
本発明のさらに別の態様として、活性種をウエハ等に導入する前に、活性種から荷電粒子を濾過により除去するために電界を設ける。
【００３１】
本発明のさらに別の態様として、活性種から荷電粒子を濾過により除去するために１つ以上のグリッドを設ける。別の態様として、濾過を強化するためにグリッド間に電界を誘導する。本発明のさらに別の態様として、プラズマ内で発生するＵＶ放射がウエハ等に達するのを阻止する。これは、プラズマからウエハヘの見通し線が形成されないようにグリッドを配列することによって、達成することができる。
【００３２】
本発明のこれらおよびその他の態様の利点は、荷電粒子およびＵＶ放射への曝露を減少した状態で、ウエハ等を活性種により処理できることである。
【００３３】
図３〜図８に関連して示す、主として異方性イオン・エッチング等のために設計された第１実施例のプラズマリアクターに関しここで説明する内容は、スティーブン・Ｅ・サバスの名前で１９９０年１月４日に出願され［本願の譲受人に譲渡された］同時係属特許出願第０７／４６０，７０７号に記載されている。この特許出願およびこれに対し発行される特許は、この言及によりここに明示的に援用されるものである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は主として、プラズマリアクターを用いて半導体ウエハを処理するためのプラズマリアクターおよびその方法に関する。以下、当業者が容易に実施できるように本発明を開示する。ただし、開示の実施例はあくまでも例示であり、当業者にとって種々の変形は可能である。また、ここに示す一般原理は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施例および応用例に適用することができる。よって、本発明はここに示す実施例に限定されず、開示する原理および特徴に適合する最大限の範囲が適用されるものである。
【００３５】
主として異方性イオン・エッチング等のためのプラズマリアクターについて
主としてイオン・エッチング工程に適した第１実施例について説明する。第１実施例によるプラズマリアクターでは、周波数の低い(０．１〜６MHz)高周波（ＲＦ）電力をプラズマに誘導結合させて、ウエハ保持通電電極近傍のガスをイオン化するエネルギーを提供し、また通電電極に低電力の高周波電圧を印加して、この電極上のウエハのイオン衝突エネルギーを制御する。ウエハは処理のために、この通電電極の位置またはそれより少し上の位置に置かれる。
【発明の効果】
【００３６】
このプラズマリアクターは、周波数の低いＲＦ源に接続された誘導コイルで周囲を囲まれた非導電性の反応室壁を備えている。誘導コイルとリアクターの側壁との間に分割ファラデーシールドを配置してリアクターを取り囲み、誘導コイルとプラズマリアクターの間に変位電流の伝導を実質的に除去する。この遮蔽は事実上、周波数の低いＲＦ電界のプラズマヘの容量結合を大幅に低下する（”Glow Discharge Phenomena in Plasma Etching and Plasma Deposition”［J.Electrochem Soc. Solid-State Science and Technology  Vol. 126,  No.2,  February 1979 p. 319］と題する］．.L．Vossenの論文を参照されたい）ので、リアクターの壁のイオン衝突のエネルギーおよびそれに伴うリアクターの壁のエッチングおよびスパッタリングは実質的に除去され、低い周波数におけるウエハのシース電圧の変化が減少する。
【００３７】
このファラデー遮蔽は容器に近づけたり遠ざけるように動かすことができるので、プラズマと遮蔽の間のキャパシタンス（静電容量）を変化させることができる。ウエハ処理中、ファラデー遮蔽は実質的に反応室の外壁と接触するように配置され、キャパシンタンスの値は高くなる。これにより高周波プラズマ電位は低下し、したがって反応室壁のプラズマ・エッチングは減少する。ウエハ・エッチングの期間外では、ファラデー遮蔽と反応室壁との間の隙間を大きくしてキャパシタンスの値を下げて、ＲＦおよび時間平均プラズマ電位のレベルを高めることができ、それによってイオン・ボンバードメントのエネルギーを高め、制御されたレベルのエッチングにより反応室の壁をクリーニングすることができる。ファラデー遮蔽を半径方向に移動してキャパシタンスを変化させることが望ましいが、キャパシタンスは、ファラデー遮蔽の垂直方向の移動によって変化させることもできる。遮蔽を垂直方向に移動できる実施例では、遮蔽が反応室と誘導コイルの各コイルとの間の位置から外れるほど遠くまで垂直移動できないようにする必要がある。プラズマから反応室壁によって得られる有効ＲＦ接地電極までのキャパシタンスを増加するために、反応室の頂部の上に導電性薄板を含めることもできる。プラズマ体とファラデー遮蔽のこの部分との間のキャパシタンスを変化できるように、この板も移動可能にすることができる。
【００３８】
電子を反応室の壁から離して閉じ込めることによって低圧でのイオン発生を増強するために、ＤＣ磁界を含めることができる。低圧では電子の平均自由行程が増大し、反応室の壁との衝突による反応室からの損失率が高くなる。この磁界により電子が強制的に螺旋行程を取るようになるので、壁と衝突する前に反応室内でイオン化衝突する可能性が高くなる。
【００３９】
電子を反射してプラズマに戻し、それによって反応室の頂壁における損失を防止するために、反応室の頂部付近でより強くなる発散磁界を含めることができる。この後者の磁界（反応室の頂部付近で数万分の１テスラほどの小さい値にすることができる）は、反応室の頂部に磁界の方向を交互にするように配置した永久磁石の配列、ＤＣ電流を通すソレノイド・コイル、または円板状の強磁性体のいずれかによって発生させることができる。
【００４０】
誘導結合ＲＦ電力は、反応室の大きさによって、Ｏ．１〜６MHzの範囲の周波数の最高１０ｋＷまでの電力を供給することができる。通電電極に印加される電圧は、イオンが通電電極の位置でシースを横切る平均時間の逆数よりずっと高い周波数とする。この電圧信号の周波数ｆhの好適な選択は、ＩＳＭ標準周波数である１３．５６MHz、２７．１２MHz、および４０．６８MHzのいずれかである。生成されるイオン・ボンバードメント・エネルギーがあまり広く分散しすぎないようにするために、より高い密度のプラズマには、より高い周波数が必要になる。
【００４１】
通電電極位置のシースは、実質的にウエハの面に垂直な強力な強い電界を含み、それによって実質的に垂直なイオン衝突、およびそれに伴う実質的に垂直な、または制御されたウエハのテーパ・エッチングが発生する。通電電極にもたらされる容量結合電力の量は、プラズマに誘導結合される電力より実質的に小さい。したがって、ウエハにおける平均イオン電流は主として誘導結合電力によって決定され、またファラデー遮蔽のために、ウエハにおける平均イオン・エネルギーは実質的に、通電電極へのＲＦ信号の振幅のみの関数となる。これと対照的に、図１に示す一般的なプラズマリアクターでは、平均イオン密度（一般的に前記実施例より幾分低い）およびイオン・エネルギーが両方とも、通電電極のＲＦ信号の振幅によって制御される。したがって、本発明の誘導結合リアクターは、シース電圧を低下させ、イオン密度を増加させることができる。また、シース電圧およびイオン密度を別個に変化させることができる。したがって、１００電子ボルト台以上の高い衝撃エネルギーを持つイオンに敏感な集積回路を損傷することなく、商業的に受け入れられるエッチング速度のソフト・エッチングを達成することができる。
【００４２】
誘導結合プラズマリアクターめ電磁界は、ウエハ全体に対し非常に均等な（反応室の形状によって異なる）プラズマ・イオン密度分布を達成することができ、したがって非常に均等なウエハ処理が行なわれる。誘導発生する電界は実質的に円周方向の電界であり、したがって電子を実質的にリアクターの側壁と平行に加速する。プラズマの導電性のために、この電界の強さは、側壁から離れると急速に低下するので、電子の加速は主として側壁の近傍領域で行なわれる。電子が速度を増すと、その慣性により、分子との弾性衝突の速続および／または側壁におけるシースとの斜め衝突を含む軌跡が形成される。このような衝突は電子をプラズマ体に跳ね返すことができる。この結果、壁の近傍でのみかなりの電子の加速が行なわれるが、反応室全体でイオンの発生も行なわれる。これらの電子およびイオンの拡散ならびに電子の放射状のＥＸＢの流動により、ウエハの近傍に非常に均等な密度を持つ半径方向に対称なイオン密度が得られる。側壁付近で電子がエネルギーを得る領域からの電子の拡散を促進するために、反応室は低圧（一般に０．１３〜３．９パスカル程度）に維持される。
【００４３】
この設計は、電力をイオンの生成に結合する上でも極めて効串的であり、したがってウエハ処理がプラズマ内のイオンによって実行されるウエハ処理用の他のリアクターに比べて重要な利点が得られる（例えば、”RF−ion source RＩM 10 for material processing with reactive gases”［IX International Conference on Gas Discharges and their Applications， 19−23 September 1988］と題する］。Freisinger et al．の論文を参照されたい）。この重要性は、以下の説明で理解することができる。プラズマヘのＲＦ電力により、中性ラジカル、イオン、自由電子、および自由電子による分子や原子の励起と原子が発生する。反応性イオンによってもたらされる垂直エッチングは、誘導ＲＦ電力の一部がイオン生成に当てられる反応室では有利である。ラジカル濃度が高すぎる場合、ウエハ表面におけるラジカルの反応が、望ましい製造工程に有害となることがあるので、多くの用途では、イオン化に比べて、プラズマによる遊離基の発生を減らすことが望ましい。したがって、第１実施例によるプラズマリアクターは、反応性イオン・エッチング工程やその他の、高イオン濃度が有利に作用する工程、あるいは著しい遊離基濃度が不利に作用する工程に、特に適している。また、このリアクターは、必要な容量結合電力が、従来のプラズマリアクターよりずっと少なくてすむ。このシステムでは数百ワット程度のＲＦ電力が通電電極に利用されるのに比べ、全電力が容量結合される従来のプラズマリアクターでは５００〜１０００ワットが利用される。このシステムはまた、イオン電流とイオン衝突エネルギーを独立して制御する能力を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の前記およびその他の特徴および利点は、当業者には、下記の添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明からいっそう明らかになるであろう。
図１の従来のプラズマリアクターでは、プラズマのイオン密度だけでなく、通電電極のシース電圧も、通電電極６に印加されるＲＦ信号の振幅によって制御される。ソフト・エッチング（すなわち、ウエハのイオン・ボンバードメントのエネルギーが１００ボルト台以下）を達成するためには、容量印加されるＲＦ電力を、こうしたリアクターで従来使用されている電力以下に低下しなければならない。残念ながら、このように容量印加電力を低下しても、このシースの電圧降下が低下するだけでなく、このシースのイオン密度も低下する。通電電極のＲＦ電圧が高い場合でも、こうした容量結合電力では、比較的低密度のイオンが発生するだけである。ウエハのエッチング速度は、このシースにおけるイオン密度とこのシースにおける電圧降下の積に比例するので、ウエハのエッチング速度は、これらの２つのパラメータのいずれか一方よりさらに急速に低下する。したがって、ソフト・エッチングでは、商業的な集積回路製造工程に適合しないほどスループットが低下する。
【００４５】
このシステムのシース電圧が通電電極に印加されるＲＦ信号の振幅に関係付けられることは、図３および図４を参照すると分かる。ＲＦ電源５と通電電極６との間のコンデンサ２１により、このシース電圧はＤＣ成分を持つことができる。
このＤＣ成分は、電極の不等な面積および電子とイオンの不等な移動度の組合せ効果によって生成される。各プラズマ・シースは電子的に、抵抗、キャパシタンス、およびダイオードの並列組合せに相当する。シースを横切る電界は電子の大部分をシース領域から跳ね返し、１０４オーム台の大きいシース抵抗を発生させる。シース・インピーダンスの容量分は、周波数が非常に低いときは無視することができるが、周波数が高くなると、約５００kHzで意味を持つほど充分に小さくなる。数ＭＨｚ以上の周波数では、シース抵抗が充分大きいので、無視することができる。第１実施例の容量結合電力の周波数における高周波シース電圧成分の場合、これに該当する。
【００４６】
図３の等価回路では、プラズマおよびシースにおけるイオンよりずっと高い電子の移動度の効果を、ダイオード２４、２８によりモデル化している。こうして、プラズマが、プラズマに隣接する電極に対し負となる場合、プラズマ内の電子はその電極に効果的に短絡する。したがって、シース・インピーダンスは、要素２２〜２４および２６〜２８によりモデル化される。プラズマ体は、通電電極に印加されるＲＦ電圧に利用される高い周波数ｆh(ＩＳＭ周波数の１３．５６MHz、２７．１２MHz、または４０．６８MHzのいずれか１つであることが望ましい）では無視できる低インピフダンス抵抗２５としてモデル化することができる。
【００４７】
図４は、通電電極に印加される周波数ｆhにおける２２０ボルトのピーク・ピークＲＦ信号３１と、その結果得られるプラズマの電圧３２と、通電電極のシース電圧３６との間の関係を示す。シース・キャパシタンスCs1、Cs2は、容量結合電力の周波数ｆhで優位を占めるので、抵抗Rs1、Rs2は無視することができ、ダイオード２４、２８は信号３１の各周期中の短区間を除き、無視することができる。したがって、ほとんどの動作条件下で、プラズマ等価回路は容量分圧器に還元されるので、プラズマ電位ＶpおよびキャパシタンスCs1、Cs2の両端の電圧の高周波成分は実質的に同位相であり、大きさはVp= VRF・Ｃs2／(Cs1＋Ｃs2)によって関係付けられる。
【００４８】
通電電極の数倍の壁面積を持つ一般的なリアクターの場合、壁のシース・キャパシタンスCs2は、通電電極のシース・キャパシタンスCs1の１０倍程度である。したがって、２２０ボルトのピーク・ピークＲＦ信号３１の場合、プラズマ電位Ｖpはピーク・ピークで２０ボルト程度となる。信号３１と３２は同位相なので、信号３２のピーク３３は、信号３１のピーク３４と整列する。ダイオード２４のため、信号３１と３２間の最小電圧差（各ピーク３４で発生）は、ｋＴe／ｅ程度となる。同様に、Ｖpも、プラズマがリアクターの壁に短絡するのを防止するために、接地３５より少なくともｋＴe／ｅ以上正でなければならない。これらの様々な要求事項から、通電電極の平均シース電圧３６（すなわち、ＲＦ信号３１のＤＣ成分）は約−９０ボルトとなる。シース電圧のＤＣ成分は実質的に、−ＶRFＣs1／（Ｃs1＋Ｃs2）／２となる。ここでVRFはＲＦ電圧のピーク・ピーク値である。ＲＦ信号の電界成分は実質的に通電電極に垂直であるので、シース電圧はＲＦ信号の大きさと正比例して変化する。このことは、電圧３１のＤＣ成分３６が、通電電極に印加されるＲＦ電圧のピーク・ピーク振幅に直接関係付けられることを意味する。
【００４９】
従来のプラズマリアクターの通電電極におけるイオン電流密度は、プラズマのイオン密度に比例し、プラズマのイオン密度は電力の低下と共に低下するので、シース電圧を低下するためにＲＦ電圧振幅を低下すると、電流密度も低下する。したがって、図１のプラズマリアクターは、ソフト・エッチングを行なうために電圧を低下すると、エッチング電力を維持するためにウエハ位置の電流密度を増加することができない。
【００５０】
通電電極におけるシースによる電圧降下は、印加ＲＦ信号３１とプラズマの電圧３２の差に等しい。この電圧降下は、約０ボルトから約−２２０ボルトまで変化する。ＲＦ信号の周期１／ｆhに比べて短時間でイオンがこのシースを横切る場合、ＲＦ信号３１のピーク３４付近でシースを横切るとすると、そのボンバードメント・エネルギーはほぽ零とすることができる。このような低エネルギーのボンバードメント・イオンは必ずしも、実質的にウエハ面に垂直の軌跡を取らず、したがってウエハの望ましい垂直エッチングを劣化するおそれがある。したがって、１／ｆhの周期を、イオンがこのシースを横切る平均時間の２分の１以下にすることが重要である。この走行時間は約２分の１マイクロ秒以下なので、ｆhは少なくとも４MHzとする必要がある。イオン密度がより高く、シース電圧が低い場合、周期１／ｆh は０．１μｓ以下もの小さい値にすることができる。ＩＳＭ周波数に対する制限はあまり厳しくないので、ｆhはＩＳＭ周波数の１３．５６MHz、２７．１２MHｚ、または４０．６８MHzのどれか１つとすることが望ましい。
【００５１】
図５は、本発明の第１実施例によるプラズマリアクターであり、ウエハ位置におけるシース電圧およびイオン電流密度を独立して制御可能に変化させることができる。またこのリアクターは、ウエハ位置におけるイオン電流密度および電圧の非常に均等な分有も達成し、純粋容量放電またはより高い周波数の誘導放電に比べ、プラズマ内のイオン生成率と遊離基生成率の比率を高めることができる。したがって、このシステムは、イオン対遊離基の比率の高い方が有利なイオン・エッチング工程などの用途に特に有用である。
【００５２】
台４０の上に、プラズマ室５０（図６参照）を囲む円筒形の反応室壁４１がある。室壁４１は７〜３０cm程度の高さであり、横方向の直径は、処理されるウエハの直径によって異なる。１５cm径のウエハを処理するシステムの場合、この室壁の横方向の直径は２５〜３０cm程度とし、２０cm径のウエハを処理するシステムの場合、この反応室の横方向の直径は３０〜３８cm程度とする。室壁４１は、水晶やアルミニウムなどの非導電性材料で形成する。
【００５３】
外周を取り囲む壁４１は、従来のインピーダンスマッチングネットワークまたは変圧器４４を介して第１ＲＦ電源４３に接続された誘導コイル４２である。誘導インピーダンス（一般に１０オーム以下）を電源４３のインピーダンス（一般に５０オーム）に整合するために、このコイルは、商業的に便利なコンデンサ値を利用した従来のマッチングネットワーク４４によって、または変圧器によってＲＦ電源４３を便利に整合することのできるインダクタンスを生成するため、多数の巻数を有する（１〜３０巻数程度）。マッチングネットワークは、電力が電源４３に跳ね返されるのを実質的に防止するように設計されている。この誘導コイルは、反応室５０内に、実質的に垂直な軸を持ち軸方向に対称なＲＦ磁界、および実質的に円周方向の電界を生じる。これらの電磁界は両方とも、中心軸Ａを中心とする回転対称性を示す。この回転対称性は、ウエハ処理の均一性に貢献する。
【００５４】
プラズマは導電性が高いので、誘導結合電磁界は実質的に、プラズマ内の電子密度の平方根を誘導結合ＲＦ電磁界の周波数fiで割った値に比例する浸透厚δ(１cm程度)の側壁に隣接する領域に制限される。より大きなシステムの場合、電子が加速されるこの領域の厚さを増加するために、ｆ１を低下することができる。
【００５５】
この領域内では、円周方向の電界により電子が円周方向に加速される。しかし、これらの加速電子の慣性のために、電子は側壁におけるシースの電界とかすめるように斜めに衝突することがある。このような衝突により、これらの電子の多くは壁から跳ね返される。これらの電子の一部は側壁に衝突し、二次電子を生成することがある。ガス分子との弾性衝突により、電子は反応室の容積全体に拡散する。誘導発生電界は側壁からの距離δ(抵抗浸透厚)に限定されるので、電子加熱はこの領域に限定される。ウエハ全体におけるイオン密度の均等性を高めるために、圧力は低く維持されるので（一般に０．１３〜３．９パスカル）、壁の近傍で加熱される電子は壁から急速に拡散し、非常に均等なイオン化か行なわれ、その結果ウエハ表面全体で非常に均等なイオン密度を達成することができる。
【００５６】
リアクターの半径Ｒおよび誘導結合電力の周波数ｆ１と電力は、１〜１０ボルト／ｃｍ程度のピーク・ピーク振幅を持つ円周方向の電界が生成されるように選択する。この結果、３ｃｍ程度またはそれ以上の振幅を持つ振動性電子行程（oscillatory electron path)が得られるので、これらの電子の平均自由行程はその振動運動の振幅程度またはそれ以下である。電源４３は、０．１〜６MHzの範囲の周波数で最高１０ｋＷまでの電力を供給する。
【００５７】
第２ＲＦ電源５１（図６参照）は、好ましくはＩＳＭ(工業、科学、医療）標準周波数（すなわち、１３．５６MHz、２７．１２MHz、または４０．６８MHz)のうちの１つのＲＦ電力を通電電極５２に供給する。図１の実施例に示すように、このＲＦ電力は、通電電極５２の横にＤＣシース電圧を発生させる。電力レベルは１００ワット未満から数百（最高５００）ワットまでの範囲なので、この容量結合ＲＦ信号のイオン密度に対する影響は、電源４３から誘導結合される電力の影響よりずっと少ない。この電力レベルは、プラズマリアクターの通電電極に一般的に供給される電カレベルより多少低い。この電力レベルは、イオンによるウエハのソフト・ボンバードメント（すなわち、１００eV未満の運動エネルギ）を発生させるために、低く維持することができる。通電電極のこの低い電力レベルは、イオン密度が主としてＲＦ電源４３によって決定されることも意味する。とれは、イオン密度およびシース電圧の軽減制御(decoupling control)に有利である。
【００５８】
円周方向の誘導発生電界によりこの電界は通電電極に平行になるので、通電電極に対する法線に沿ってプラズマ体から通電電極までの流動経路積分は零となる。この結果、図１のプラズマリアクターとは異なり、プラズマ体と通電電極間のＲＦ時間依存電位差を生じるシースのＲＦ成分がない。これにより、周波数の低い誘導ＲＦ電界による通電電極の電位への結合は、実質的に防止される。したがって、通電電極５２のシース電圧は、ＲＦ電源５１のみによって決定される。
【００５９】
リアクターの側壁は、この実施例の場合、側壁に適合する１ダースの導電板４６から成る、接地されたファラデー遮蔽４５で閉囲されている。ファラデー遮蔽の各導電板４６は、隣接する板との間に隙間４８を置いて配置する。これらの隙間は、誘導ＲＦ磁界が反応室５０内に浸透できるようにするために必要である。ファラデー遮蔽に円周方向の電流が形成されるのを防止するために、少なくとも１つの隙間が必要である。レンツの法則により、このような円周方向の電流は、反応室５０内の磁界の変化に強く対抗し、それによって、コイル４２の電流による反応室５０への所望の作用が実質的になくなる。
【００６０】
このファラデー遮蔽はまた、図１のリアクターの接地された導電性の壁と同じ機能を果たす。すなわち、これは容量結合ＲＦ電磁界を反応室５０に閉じ込めるので、それが反応室外に迷走して他の装置に干渉したり、米国の放射規格を侵害することがない。この遮蔽はまた、容量結合電源５１によって生じる電極からの高周波電流の帰路(return path)にもなる。
【００６１】
ファラデー遮蔽４５をリアクターの壁の隣に配置すると、電源４３のＲＦ周波数ｆ1こおけるプラズマ電位Ｖpの時間依存変化量を著しく減少することができる。これは、イオン密度および平均シース電圧Ｖｄｃに対する第１ＲＦ電源４３および第２ＲＦ電源５１の影響を軽減する(decouple)する上で重要である。コイル４２に印加される電力レベルで、これらのコイルの大きいインダクタンス(１〜１００マイクロヘンリー程度)により、これらのコイルの一端または両端に大きな電圧が生じる。ファラデー遮蔽がなければ、コイル４２の高電圧端４７はプラズマ体に容量結合し、電源４３の周波数ｆ1におけるＶpのＲＦ変化が強化される（例えば、Ｊ．L．Vossen，Glow Discharge Phenomena in Plasma Etching and Plasma Deposition， Ｊ．Electrochem So．Solid-State Science and Technology Vol．126，No．2 p．319を参照されたい）。
【００６２】
隙間４８の幅は、これらの板４６とコイル４２の間の最小間隔より小さいので、コイル４２がこれらの隙間を通してプラズマ体と著しく容量結合することはない(Vossenの参考資料を参照されたい）。プラズマ体とのこうした容量結合が阻止されないと、ＶpのこのＲＦ変化は、この同じ周波数におけるシース電圧（したがってイオン・エネルギ）の変化として現れる。さらにこの電界は、ファラデー遮蔽によって実質的に除去されなければ、エッチングの対称性を劣化するおそれがある。
【００６３】
ファラデー遮蔽４５はまた、プラズマリアクターの壁４１に隣接するプラズマ・シースのシース・キャパシタンスCs2の値にも著しく影響する。このファラデー遮蔽が存在しなければ、容量結合ＲＦ信号の有効接地が、ＲＦ誘導コイルまたは反応室を包囲する環境によって行なわれ、したがって他のどのような物体がリアクター付近にあるかによって有効接地が異なってくる。さらに、これらの物体は一般に、有効接地を無限位置にあるものとして処理できるほど充分に大きい距離にある。これにより、側壁および頂壁のCs2は、図４の場合のようにCs1の１０倍ではなく、Cs1の１０分の１程度またはそれ以下となる。その結果、プラズマ電位ＶpとＲＦ信号の関係は、図４に示すようなものではなく、図８に示すようなものになる。
【００６４】
図８でもＲＦ電圧（信号７１）が２２０ボルトのピーク・ピーク(peak to peak）振幅を持つものと想定する。 Cs1がCs2の１０倍である場合、プラズフ電圧信号７２は２００ボルトのピーク・ピーク振幅を持つ。プラズマ電圧Ｖpのピーク７３はここでもＲＦ電圧信号７１のピーク７４と整列し、これらのピーク間の間隔は再び最高でｋＴe／ｅの数倍となる。同様に、接地からＶpのトラフまでの間隔は、ｋＴe／ｅ程度となる（これは一般的に数ボルトである）。したがって、プラズマ電圧信号７２は、１００ボルト程度のＤＣ成分７６を持つ。これは、プラズマ電圧信号３２が１０ボルト程度のＤＣ成分およびｋＴe／ｅ程度のオフセットを持つ図３の場合と対照的である。
【００６５】
壁とプラズマ体との間のＤＣ成分がこれほど大きく増加すると、プラズマ内のイオンによる壁のエッチングまたはスパッタリングのレベルが許容できないほど大きくなる。このような作用は室壁を損傷するだけでなく、反応ガスを使い果たし、プラズマ汚染物質を生じ、反応室におけるウエハ製造工程を妨げるおそれがある。しかし、壁４１に近接してファラデー遮蔽４５を配置すると、有効接地電極のキャパシタンスが高まり、Ｃs2が再びCs1の数倍になるので、ＲＦ信号とプラズマ電圧Ｖpとの間の関係が、図８ではなく、図４のようになる。実際、通常、キャパシタンスCs2の「板」（すなわち、プラズマと導電性壁）間の間隔は、Ｏ．１ｃｍ程度である。図５のリアクターの場合、ファラデー遮蔽を壁４１に近接して配置すると、キャパシタンスＣs2は、壁４１の厚さを誘電率（＞４）で割
った値だけ増加する。これは０．０７５cmの真空ギャップに相当する。したがって、壁のキャパシタンスCs2は、図５に匹敵する寸法の図１に示すタイプのリアクターの場合の２分の１を少し超える程度である。
【００６６】
板４６は半径方向に１ｃｍ程度もしくはそれ以上移動可能であるので、板４６を壁から離すように動かすことによって、キャパシタンスＣs2を実質的に低下させ、比率Ｃs1／Cs2を０．１ないし１０程度の範囲全体にわたって変化させることができる。これらの板は、ウエハ処理中は、室壁のエッチングおよびそれに伴う汚染物質の生成を最小限に止めるために、壁４１に接近させる。ウエハ処理時間以外の時間には、制御された壁のエッチング斯間を設けて壁のクリーニングを行なうために、板を壁から１ｃｍ以上離すことができる。その後、この反応室のクリーニング段階の残存物は、ウエハ処理をさらに実現する前に、リアクターから取り除く。
【００６７】
図６および図７はそれぞれ、第１実施例によるリアクターの側面断面図および平面図であり、このリアクターの別のオプション機能を示している。リアクター５０の頂部のすぐ外側に、接地された導電板５３が設けられている。これは、反応室５０の側面におけるファラデー遮蔽４５と実質的に同じ機能を、この反応室の頂部に対して果たす。
反応室の頂部には、北極を交互に下向きに配向した１組の磁石５４がある。強磁性体のリターン・プレート５５は、一番外側の２個の磁石によって生じる磁界の磁束を反射させるのに役立つ。磁石は、充分な磁界が経済的に得られるので、永久磁石を使用することが望ましい。この構成により、反応室５０の頂部に約０．０１テスラの交互方向の磁界の配列が形成され、これは電子をプラズマ体に跳ね返す磁気鏡のように作用する。これらの磁石による磁界は、これらの磁石の配貴間隔（２〜３ｃｍ程度）の２倍程度の距離だけ反応室内に浸透する。別の実施例として、この線形配列の磁石の代わりに、１組の同心環状磁石に置換し、前と同じように連続する磁石の北極を垂直方向に交互に反対向きに配向することができる。さらに別の実施例として、北極を垂直方向に配向した１枚の平坦な強磁性体の円板、または単一環状ＤＣソレノイドを使用して、単一genetic鏡を形成することができる。これは、反応室の頂部近傍で数万分の１テスラという低い磁界を持つことができる。円板状の磁石を利用する実施例は、単純かつ安価であり、しかもリアクターの半径方向の対称性が維持されるので望ましい。これと対照的に、図６の磁石５４による磁界は半径方向の対称性が欠如し、ウエハのエッチングの半径方向の対称性がわずかに低下する。
【００６８】
リアクターの壁４１の基部または頂部のすぐ外側には、オプションのＤＣ磁界を形成してさらに電子を側壁から離しておくために、ＤＣ電流源５７に接続された導電性コイル５６がある。このコイルによる磁界の大きさは、０．０００１〜０．０１テスラ程度にすることができる。
【００６９】
図５ないし図７のプラズマリアクターは、他の多くの既存のリアクターに比べて、かなり改良された動作を行なう。マイクロ波源を使用する従来のプラズマリアクターは、数ミリアンペア／ｃｍ２の電流密度しか発生できないが、第１実施例によるリアクターは最高５０〜１００ミリアンペア／ｃｍ２までの電流密度を発生することができる。ＳＦ６、ＣＦ２Ｃl２、０２、およびアルゴンなど様々な反応ガスでこのような高電流が得られることが、試験で示されている。これは、１ミリトル以上の圧力における他のプラズマ製造法のように中性破片の生成にではなく、イオンの生成のために、相対的により多くの電力が使用されることを示す。これらの中性破片は、この電流には貢献しない。これはエッチングにとって重要なことである。なぜなら、ウエハに対し垂直方向の衝撃のみがイオンに与えられ、その結果、実質的に垂直な壁が形成されるからである。ウエハ位置で非常に低いシース電圧を生成できるということは、シース電圧を２０〜３０ボルト以下に低下することによって、厚さ４００nmのポリシリコンのゲートを、その下にある１０ｎｍ厚さのＳiＯ２ゲート絶縁層を損傷したり食刻することなく、垂直にエッチングできることを意味する。
【００７０】
第１実施例によるリアクターはガス源４９、およびプラズマ処理生成物を排気したり、圧力を選択したレベルに維持するためのポンプを含む排気システム５９の一部である排気口５８を備えている。一般的に圧力は、側壁近傍の電子加熱領域からバルク体積(bulk volume）への電子の拡散を強化するために、１〜３０ミリトル程度の圧力に維持される。この圧力でも、誘導結合電力は主としてイオンに生成に結合される。これと対照的に、マイクロ波プラズマ・システムなど、他のプラズマ・システムの場合、約１ミリトルを超える圧力では相対的により多くの遊離基が生成される。マイクロ波プラズマリアクターで主としてイオンを生成させる場合には、圧力を数１０分の１ミリトル程度もしくはそれ以下にする必要がある。これには、毎秒数トル・リットルより高い速度のリアクターポンプが必要である。このような高いポンピング速度を達成するには、反応室に近接して接続した低温ポンプか、または反応室への大きな接続口を持つ非常に大型のターボ・ポンプのいずれかを使用する必要がある。対照的に、ここに開示するリアクターは高圧で作動することができ、しかも毎秒数百ミリトル・リットル程度のポンプ速度で足りる。これは小型ポンプで容易に達成することができ、反応室付近の空間を取り散らかす必要もなく、ウエハ取扱いやその他の基本的な反応室周辺装置の妨げになることもない。このようなポンプは、低温ポンプのように再生の必要もなく、安全上の問題も起きない。
【００７１】
レジスト除去に主に用いるプラズマリアクタ−
以上説明したのと同様の技術を用いて、レジスト除去のための解離ラジカルを豊富に生成することができる。前記のリアクターは、エッチングのためのイオンの生成を促進するように構成されているが、レジスト除去のためのリアクターは、解離を促進し、イオン化を最小限に止めるように構成することが望ましい。したがつて、本発明の第２実施例によるプラズマリアクターは、レジスト除去または同様の工程で使用するためには、分子を効率的に解離することができる。
【００７２】
一般的な水準では、第２実施例により解離用のリアクターの構造は、前記の第１実施例によるイオン・エッチング用のリアクターと同様である。誘導コイルが反応室の周囲を取り囲み、エネルギを反応室に誘導結合してプラズマを発生させる。誘導電界によって電子をプラズマ内で円周方向に加速し、分子と衝突させる。これらの衝突の結果、励起分子、解離原子、およびイオンが発生する。衝突エネルギが高ければイオン化が起こりやすく、衝突エネルギが低ければ励起や解離が生じる。特に、１１〜１２ｅＶの範囲の電子エネルギは、酸素ガスのイオン化のしきい値として一般的であり、５〜６ｅＶの電子エネルギは解離のしきい値として一般的である。
【００７３】
電子エネルギは、電子を加速する電界の強さ、および衝突と衝突の間に電子が加速される平均距離を決定するガスの密度によって決まる。イオン・エッチングリアクターの場合、誘導電界を高めるために誘導コイルに高い電力を印加し、また低いガス圧を使用することにより、少ない衝突で電子を加速し、イオン化に必要なエネルギを達成することを可能にする。解離に使用するプラズマリアクターの場合、より低い電力およびより高い圧力と流量を使用する。
【００７４】
図９は、プラズマにおける電子エネルギの分有に対する電界およびガスの密度の変化の影響を示す。電子エネルギの分布ｆe(Ｅ)は、電界Ｅをガスの密度Ｎgで割った値の関数である。図９のグラフは、様々な値のＥ／Ｎｇ（９０％Ｏ２および１０％Ｏガス）に対する様々なエネルギの電子の分布を示している。ｘ軸は電子エネルギを、ｙ軸は電子密度のlog10を表わす。Ｘ軸におけるＴｄは解離のエネルギのしきい値（〜５−６ｅＶ）を表わし、Ｔiはイオン化のしきい値（〜１２ｅＶ）を表わす。曲線９２は、Ｅ／Ｎｇ〜２．２×１０−１６ Ｖｃｍ２の分布を示す。これは、１４Ｖ／ｃｍの電界および６．４×１０１６ ／ ｃ ｍ３の密度を表わす。曲線９４は、Ｅ／Ｎｇ 〜 ４．４×１０-１６Ｖｃｍ２の分布を示す。曲線９６は、Ｅ／Ｎｇ〜８．８×１ ０−１６ Ｖｃｍ２の分布を示す。曲線９８は、Ｅ／Ｎｇ〜１０．９×１０−１６Ｖｃｍ２の分布を示す。曲線９２〜９８は、Ｅ／Ｎｇが低下するにつれて、Ｔｉを超えるエネルギを持つ電子の数が減少することを示す。曲線９８の電子エネルギの分布は、分布曲線９２よりかなり高いイオン密度につながる。
【００７５】
したがって、プラズマに結合されるエネルギのレベルおよび圧力は、プラズマの組成を決定する上で２つの重要な変数であることが分かる。第１実施例では、低圧（１〜３０ミリトル）を使用し、比較的高レベルのＲＦ電力を誘導コイルに印加する（最高１０ｋＷまで）。これにより、比較的高レベルのイオン化か行なわれる。第２実施例の場合、より高い圧力（約１〜２トル）およびより低いレベルのＲＦ電力（約５００〜１５００ワット）を使用する。これは、第１実施例に比較して、イオン化よりも解離に有利である。第２実施例では、プラズマを維持し、原子の解離を続けるために必要な最小限度のイオン化か起こることが望ましい。第２実施例では、電界Ｅの一般的な値は、反応室の最も高い位置で約４０Ｖ／ｃｍであり、ガスの密度Ｎｇの一般的な値は、約１０１６／ｃｍ３ ないし１０ １７／ｃｍ３である。 Ｅ／Ｎｇは約１０−１５ｃｍ２以下とすることが望ましく、プラズマの中心部におけるイオン密度の最高値は１０９／ｃｍ３台とすることが望ましい。
【００７６】
第１実施例の場合と同様に、エネルギがプラズマに容量結合するのを実質的に防止し、かつプラズマ電位の変化を大幅に減少し、それによってプラズマが誘導コイル内の体積に制限されるようにするために、分割ファラデーシールドを使用する。第１実施例では、第２機構（通電電極）がイオン衝突のエネルギとウエハ・エッチングのエネルギを別個に独立して制御できるようにするために、分割ファラデーシールドを使用することが望ましい。しかし、レジスト除去等の工程では、荷電粒子束は望ましくなく、ウエハの表面に不純物を打ち込んだり、損傷するおそれがある。したがって第２実施例では、イオン密度を低下し、またイオンをウエハに向けて加速する通電電極をなくする。分割ファラデーシールドは、誘導コイルとの容量結合によって生じるウエハおよびリアクターの壁への電流束（current flux)を減少するため、およびプラズマをそれが生成されるコイル内部の領域に閉じ込めておくために重要である。
【００７７】
上述の通り、分割ファラデーシールドにより、誘導コイルはプラズマ内に誘導電界だけを発生させることができるようになる。プラズマと誘導コイルの間の容量電界――これは電流を室壁に向かわせたり、プラズマの電位を変化させる――は、分割ファラデーシールドによって実質的に阻止される。誘導電界は電子を円周方向に加速する。これにより、電子が解離およびイオン化を起こすエネルギは得られるが、イオンが室壁に向かって直接加速されることはない。さらに、誘導電界は、プラズマの電位を変化させたり電流をウエハに向かわせる電荷をプラズマに蓄積させない。これは、図１に示すマクスウェルの電磁方程式から理解することができる。
【００７８】
【表１】
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【００７９】
方程式(１)により、誘導電界Ｅ１のカール(回転)は、磁界の時間変化率によって得られる。誘導コイルは時間依存磁界を誘発するので、これを零にすることはできない。このことは、誘導電界がいかなる電位の勾配にもなり得ないことを意味する。なぜならば、誘導電界が何らかの電位の勾配とすることができれば、カールは方程式（１）に矛盾して零となるからである。方程式（２）は、電位から生じる電界が、電荷密度ρを誘電率ε0で割った値であることを示す。誘導電界はいかなる電位の勾配にもなり得ないので、誘導電界のためにプラズマ内に電荷が蓄積することはありえないことが、方程式(２)から導き出される。したがって、誘導電界は、プラズマ電位の時間的変化を誘発しない。
【００８０】
容量結合によって誘発される電界を阻止しながら、誘導電界を使用して放電を維持することにより、幾つかの利点が実現される。第一に、誘導電界は円周方向であり、室壁に対するバイアスが誘発されないので、室壁のイオン・ボンバードメントが減少し、より低いエネルギで発生する。これはリアクターの寿命を延ばすことにつながり、レジストまたは薄膜の除去を向上するために添加剤を使用する場合には、特に重要である。例えば、薄膜をウエハから剥離したり、残留物をウエハから除去する化学反応に影響を及ぼすために、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＦＣなどの低濃度のハロゲン化ガスを酸素に少量添加することがある。容量電界のために室壁のボンバードメントが生じる場合、これらの添加剤により室壁は急速に腐食する。第２実施例では、容量電界を実質的に阻止するために分割ファラデーシールドを使用するので、添加剤を使用しても、リアクターの実質的な腐食は少ない。第二に、プラズマ電位の変化が最小限になり、ウエハ表面の電界を小さくしておくことができる。これにより、ウエハ表面に送られウエハを損傷する荷電粒子が減少する。第三に、プラズマ電位のＲＦ変化が減少したので、プラズマを反応室のウエハ表面から離れた部分に実質的に閉じ込めることができる。先行技術でプラズマとウエハを分離するために使用された複雑な構造は、第２実施例のリアクターでは使用されない。これにより、解離された原子をウエハ表面全体に妨害されずに拡散することができ、レジストやその他の薄膜をより均等に剥離することができる。しかし、後述するように、変形実施例では、荷電粒子およびＵＶ放射をさらに濾過して除去するために、プラズマとウエハの間にグリッド・システムを使用することができる。
【００８１】
次に、第２実施例によるプラズマリアクターの構造および作動について説明する。図１０は、第２実施例によるリアクターの側面断面図を示す。基台４０の上に、プラズマ室５０を閉囲する円筒形の室壁４１がある。円周方向の誘導電界を使用する場合、イオンと室壁の衝突を減少するために、円筒形または反円形の反応室を使用することが望ましい。反応室４１は約３０cmの高さがあり、横方向の直径は、処理するウエハの直径によって異なる。室壁４１は、水晶またはアルミニウムなどの非導電性材料で形成する。
【００８２】
反応室５０の構造は、特徴として、解離ガスをプラズマから反応室の底部のウエハまたはその他の基板に直接流し拡散できるようになっている。これにより剥離の均一性を向上することができる。壁または管によりプラズマをウエハから分離する先行技術は一般に、５ないし１０パーセントの範囲の均一性（ウエハの一部分における剥離の量が他の部分における剥離の５ないし１０パーセント以内であることを意味する）を示すが、本発明の第２実施例は、共通の剥離工程を使用した場合、数パーセントの均一性を達成することができる。しかし、以下で説明するように、変形実施例ではグリッド・システムを用いて、均一性を大幅に低下することなく荷電粒子を除去することができる。
【００８３】
反応室の基部に、処理するウエハを支持するためのアルミニウム・ブロック６０または受け台(pedestal)がある。ブロックは、アッシングを強化するために、２５０℃などの高温に維持することができる。加熱装置６１を用いて、従来の方法でブロックを加熱することができる。また、ウエハに誘導される荷電粒子を減少するために、プラズマとウエハ表面の間の電界を最小限にすることが望ましい。したがって、ウエハを支持するアルミニウム・ブロック６０の電位は、ウエハの真上のチャンバの体積とほぼ同一電位に維持する。これは、アルミニウム・ブロックと接地電位の間に要素Ｚｂを配置し、励起周波数におけるブロックの対接地インピーダンスを高くすることによって達成される。アルミニウム・ブロックは、反応室の電位で実質的に自由に浮遊(float)する。プラズマに結合されるＲＦ電力の周波数を前提として、インピーダンスＺｂは非常に高い値を選択する。図１１ Ａに示すように、インピーダンスＺｂは、アルミニウム・ブロックと接地電位の間に並列ＬＣ回路を挿入することによって得ることが望ましい。キャパシタンスＣは、アルミニウム・ブロックとプラズマ室の他の要素との間の浮遊キャパシタンスＣstrayを考慮に入れて選択する。 １３．５６ＭＨzの周波数で、５００ワットから１５００ワットの間のＲＦ電力を使用する場合、インダクタンスＬは１マイクロヘンリー未満程度が望ましく、キャパシタンスＣは数百ピコファラッド程度が望ましい。
【００８４】
外周を取り囲む壁４１は、第１実施例で述べた通り、従来のインピーダンスマッチングネットワーク４４を介してＲＦ電源４３に接続された誘導コイル４２である。このコイルはリアクターの上半分だけを取り囲み、プラズマがこの領域で生成され、ここに閉じ込められるようにすることが望ましい。反応室の底部は、プラズマからの解離ガスをウエハ表面全体に均等に拡散することができる拡散領域として機能する。
【００８５】
この誘導コイ歩は、反応室５０の最上部分内に、実質的に垂直な軸を持ち軸方向に対称なＲＦ電界、および実質的に円周方向の誘導電界を発生する。これらの電界は両方とも、中心軸の回りに回転対称性を示す。この構成では、プラズマ６２は、反応室の頂部付近では円環に近い形に集中する。しかし、電界は完全な対称ではなく、実際には反応室壁の近傍の方が反応室の中心部より強いことは理解されよう。電界およびプラズマの密度は、円環の中心部でピークに達する。回転対称性は、ウエハ処理の均一性に貢献する。
【００８６】
第２実施例では、１３．５６ＭＨzの周波数および５００ワットから１５００ワットの間の電力の電源４３から誘導コイルにＲＦエネルギを印加する。もちろん、幅広い様々な周波数を使用することができる。反応室内に所望の電界が生成されるように、誘導コイルの巻数および電流は任意の周波数に対し調整することができる。第２実施例では、約４０ボルト／ｃｍのピーク誘導電界が望ましい。酸素を使用する剥離の場合、１ないし２７ＭＨzの周波数を使用することができる。誘導コイルの巻数が約２０回ないし３０回と非常に大きく、かつ１００アンペア程度の非常に大きい電流を使用する場合には、周波数をさらに低くし、おそらく１００ｋＨzもの低い周波数を使用することができる。コイルの電流要件および巻数のため、低い周波数の使用が望ましくないが、容量インピーダンスは周
波数と反比例するので、これらの周波数でプラズマ電位の変化は低下する。したがって、分割ファラデーシールドを使用せずに低周波数および高電流で作動することができ、あるいは代替的に、実効性の低い遮蔽を使用することもできる。
【００８７】
第１実施例のイオン・エッチング装置の場合と同様に、誘導コイルとプラズマの間に分割ファラデーシールドを挿入する。第１実施例の分割ファラデーシールドをここでも使用することができるが、図１０は代替的な構成例を示す。図１０には、内側６３および外側６４の２つの分割ファラデーシールドがある。分割ファラデーシールドを使用すると、誘導コイルと分割ファラデーシールドの間に多少の誘導結合が発生する。誘導コイルから（分割ファラデーシールドを介して）接地までの電流経路に沿って、多少のインダクタンスがあるので、遮蔽に多少の電圧が現れ、プラズマ電位を変化させる。例えば第１実施例の場合、部はに５ないし１０ボルトの電圧が現れ、１ボルトのプラズマ電位の変化が発生する。図１０に示す二重分割ファラデーシールドを使用する場合、この変化をさらに減少することができる。誘導コイルとの容量結合のために、外側の分割ファラデーシールド６４には、５ないし１０ボルトが生じる。内側６３と外側６４の分割フアラデーシールドの間にも多少の容量結合が生じるが、この流動経路に沿ったインダクタンスは有限なので、内側の分割ファラデーシールド６３には約１ボルトが生じるだけである。これによって発生するプラズマ電位の変化は約０．１ボルトにすぎない。
【００８８】
分割ファラデーシールドの容量結合電圧をさらに減少するために、任意のＲＦ周波数に対して最小化したインピーダンスＺsを介して、外側の遮蔽６４を接地に接続することができる。図１１Ｂに示すように、このインピーダンスは、直列ＬＣ回路によって得ることができる。使用するＲＦエネルギの周波数に回路を同調することができるように、調整可能なコンデンサを使用することが望ましい。 １３．５６ＭＨzの周波数および５００ワットから１５００ワットの間の電力のＲＦエネルギを使用する場合、１／４マイクロヘンリーのインダクタンスＬ、および最高約５００ピコファラッドまでのキャパシタンスＣが望ましい。技術上既知の通り、回路がＲＦ電力の周波数で共振するように、コンデンサを調整し、対接地インピーダンスを最小にすることができる。分割ファラデーシールドと接地の間に調整可能なインピーダンスを挿入することによっても、運転開始時に任意の周波数に対し高いインピーダンスを使用できるという利点が得られる。これにより遮蔽に高電圧を発生させることができ、これは最初にプラズフに着火するために使用することができる。
【００８９】
ガス源４９からリアクターにガスを供給する。第２実施例では、約１〜１０標準リットル／分の流量でＯ２ガスを供給するが、一般的な流量は２標準リットル／分である。しかし、第２実施例では、１ ０ ０標準立法センチメートル／分ないし最高１００標準リットル／分までの流量を効果的に使用することができると信じられる。ガス源４９および排気システム５９は、誘導電界の強さを前提条件として、解離を促進するようなプラズマからウエハまでの流動および反応室の圧力を維持するために協働する。酸素ガスを使用する処理の場合、１〜５トルの範囲の圧力を使用するが、１．５トルが望ましい。しかし、分割ファラデーシールドによりイオン・ボンバードメントが減少するので、イオン密度は高くなるが、０．１トルもの低い圧力を使用することもできる。さらに、以下で説明するように、濾過技術を用いて、残留帯電粒子を除去することができる。また、剥離を向上するために、他めガスを使用することもできる。特に、技術上既知の通り、レジスト上に形成される特殊な化学残留物を攻撃するために、酸素に低濃度のガスを添加することができる。エッチング中に、レジストが非常に固くかつ濃くなることがある。イオン注入が発生し、ホウ素やヒ素などの不純物がレジストに埋め込まれることがある。エッチングエ程でも、レジストにＳiＯ２残留物が生成されたり、アルミニウム汚染物質が注入されることがある。技術上既知の通り、ウエハ処理による上記およびその他の副作用で、酸素原子だけでは非常に反応しにくいレジストまたは薄膜が生成されることがある。レジストの除去を強化するために、任意の化学残留物や汚染物質と反応して可溶性または揮発性化合物を形成する添加剤を添加することができる。レジストの組成および使用するエッチングエ程によって、様々な添加剤の中からどれか１つを選択することができる。一般的な添加剤として、Ａｒ、Ｈｅ、ＳＦ６、Ｃl２、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＦＣ、Ｎ２、Ｎ２０、ＮＨ３、Ｈ２、水蒸気などがある。例えば、標準レジストを使用したポリシリコンのエッチングの後は、レジストの除去を強化するために、Ｏ２ガスにＯ．２％ないし１０％の濃度のＣＦ４を添加することが望ましい。重要なことは、上述の通り、分割ファラデーシールドによりプラズマ電位の変化が減少するので、反応室の実質的な食刻や摩耗を生じることなくこれらの添加剤を使用できるということである。
【００９０】
第２実施例によるリアクターでは、大量のガスが解離され、ウエハ表面を通過する流れの中で均一に拡散される。転換の効率は５０％以上という高さになり、１０ミクロン／分を超える剥離速度を達成することができる。数パーセントという均一性を達成することができ、ウエハの損傷は低い。ウエハの損傷は、処理後のウエハのＣＶ曲線のフラットバンド電圧の変化を観察することによって測定される。可動ナトリウムやその他の汚染物質がウエハに埋め込まれ、ＳiＯ２などの絶縁材の性能を劣化することがある。第２実施例の場合、典型的なウエハのＣＶ変化から導き出される可動イオン密度は、１０１０／ｃｍ２台である。プラズマとウエハを分離する物理的障壁を使用する従来のリアクターは剥離速度が低く、均一性も劣るが、プラズマを分離しないリアクターは１０１２／ｃｍ２もの高い可動イオン濃度を発生させることがある。
【００９１】
図１２は、半導体ウエハ等から残留レジストおよび汚染物質を除去するために本発明のより好ましい第３実施例を示す。図１２は、第３実施例による二重リアクターシステムの側面断面図である。第３実施例では、２つの円筒形プラズマ室２０２ａ、２０２ｂが並んで配置されている。２つのプラズマ室２０２ａ、２０２ｂでは同様の要素が使用されている。これらの同様の要素は、図１２の各プラズマ室で同一符号を用いて表示し、接尾辞の“ａ”および“ｂ”を付加することにより、それぞれプラズマ室２０２ａおよび２０２ｂの要素を区別している。これらの要素は、接尾辞を付加しない符号により一般的に参照することがある。２つのプラズマ室は実質的にそっくり同じ要素を使用し、実質的に独立して作動するが、ガス供給システム２０４、排気システム２０６、およびウエハ処理室２０
８は共用している。第３実施例のシステムは、２つのウエハを同時処理するように構成されており、スループットが２倍になる。
【００９２】
第３実施例の反応システムは、第２実施例で述べた方法と同様の方法で作動する。しかし、単一分割ファラデーシールドおよび荷電粒子フィルタを使用する。
分割ファラデーシールドは接地され、スロットの幅が広くなっており、誘導コイルからプラズマにエネルギがわずかに容量結合することができる。これはプラズマ電位を多少変化させるが、プラズマを発火させ、プラズマ反応を維持するのに役立つ。プラズマ電位にわずかな変化があるものの（１０ボルト台）、この変化は分割ファラデーシールドによって大幅に減少される。単一分割ファラデーシールドと荷電粒子フィルタのこの組合せにより、ウエハの荷電粒子曝露を事実上減少しながら、持続するプラズマ反応を容易に維持することができる。さらに、荷電粒子フィルタは、プラズマ内で発生するＵＶ放射がウエハに達するのを阻止する。そうしなければこのＵＶ放射は、ウエハのＳiＯ２層あるいはＳiＯ２／Ｓｉ境界を損傷させる。最後に、荷電粒子フィルタの設計は中性活性種の拡散を事実上強化し、したがって一部の従来の障壁システムのように剥離の均一性を低下させることもない。
【００９３】
次に、第３実施例による反応システムの構造を詳しく説明する。第３実施例では、レジスト剥離、残留物または汚染物質の除去、浮きかす(descum)等の除去のために２つのウエハを処理室２０８に配置することができる。処理室２０８は矩形であり、約２５cmの高さｈ１を持つ。図１３は、第３実施例による反応システムの簡易平面図である。図１３の場合、処理室の幅３０２は約６０cmである。処理室の壁２１０の外側から測定した処理室の奥行３０４は、約３５cmである。プラズマ室２０２ａ、２０２ｂは処理室の上に配置され、図１３に示すように外径が約２０cmである。プラズマ室は、中心距離で約２８cmの距離３０８だけ離れている。
【００９４】
図１２を見ると、処理室の壁２１０は約２.５cmの厚さであり、接地されている。処理室の壁２１０はシステムの共通帰線となり、アルミニウムなどの導電性材料で形成される。処理室内にはアルミニウム・ブロック２１２があり、導電性加熱器およびウエハ７のための受け台として機能する。２枚の２０cmウエハは、処理のためにアルミニウム・ブロック２１２上に、中心距離で約２８cm離して配置される。もちろん本発明は、他のサイズのウエハ用に容易に適応させることができる。アルミニウム・ブロック２１２は、ウエハ表面で所望される反応に有利な高温に維持することができる。大抵のレジスト剥離の場合、アルミニウム・ブロックは約２５０℃に維持することが望ましい。特定の処理には他の温度が望ましいかもしれない。例えば、注入レジスト除去には１５０℃から１８０℃の間の温度を使用することができ、浮きかす除去には約１００℃の温度を使用することができる。図の明瞭化のために図１２には加熱装置は省略されているが、第２実施例で説明したように、加熱装置を用いてアルミニウム・ブロックを加熱することができる。アルミニウム・ブロックは、円筒形のセラミック支持台２１３の上に配置ざれ、ＲＦ分離される。特に、第２実施例で説明したように、励起周波数でブロック・接他間に高いインピーダンスを発生させるために、アルミニウム・ブロック２１２と接地電位の間に要素Ｚｂを配置することができる。接地電位は処理室の壁２１０によって得ることができる。このＲＦ分離により、アルミニウム・ブロック２１２の電位を、ウエハ７の真上の処理室の体積と同一電位またはそれに近い電位に維持することができる。これは、ウエハ７に誘導される荷電粒子電流を減少するのに役立つ。
【００９５】
セラミック支持台２１３の下に、排気（排ガス）システム２０６がある。排気システム２０６は、従来のファン、ポンプ、または同様の装置によって駆動することができる。セラミック支持台２１３には、ガスがアルミニウム・ブロック２１２の周辺から排気システムに達することができるように、スロットが切られている。これは、ウエハ７の中心からアルミニウム・ブロックの周辺に向かう半径方向のガスの流動を促進する。その後、ガスはセラミック支持台２ １３のスロットを通してアルミニウム・ブロックの下を流れ、排気システム２０６に達する。排気システム２０６には遮断弁２ １４があり、排気システムを止めることができる。さらに、排気システム２０６のガスの流量を調整するために、絞り弁を設ける。
【００９６】
処理室２０８の頂部は、ウエハ７の表面から約５〜６ｃｍ上の位置になる。これにより、ガスがウエハの表面全体に拡散し流れる距離が決まる。各ウエハ７の上にプラズマ室２０２ａ、２０２ｂがある。プラズマ室は約２５cmの高さｈ２があり、図１３に示すように、約２０cmの外径を持つ。図１２を見ると、プラズマ室の壁２１６は、水晶やアルミナなどの非導電性材料で形成され、厚さは約４〜６ｃｍである。プラズマ室の壁２１６の基部は、処理室２０８の頂部で処理室の壁２１０に固定する。第３実施例のプラズマ室の頂部のふた２１７は、アルミニウムまたは同様の導電性材料である。２つのプラズマ室２０２ａ、２０２ｂは、両者間の電磁干渉を防止するために、導電性仕切り２１８によって分離する。第３実施例では、この仕切り２１８はアルミニウムの薄板（厚さは約１／１６インチ）で形成する。この仕切りは、プラズマ室および誘導コイルを閉囲し、周囲の環境への電磁干渉の放射を防止する、安全ケージの一体化部品とすることができる。図の明瞭化のために、安全ケージは図１２に示されていない。
【００９７】
プラズマ処理室２０２の上にガス供給システム２０４を設ける。中心には、ガス（酸素など）をプラズマ処理室に供給するために使用できる投入管（input pipe）２２０がある。一般に、酸素ガスによるアッシング(ash)の後で残留物を除去するために、添加物も投入管２２０を介して導入することができる。一般的に、最後まで完全にアッシングするために、酸素ガスが使用される。次に、ＣＦ４などの添加物が約Ｏ．２％ないし１０％の濃度で酸素に添加され、残留汚染物質を除去するために、投人骨を通して約１５秒間プラズマ室に導入される。第３実施例では、均―性を向上するために、シャワー・ヘッド型ノズル２２２によりガスを処理室に横方向に拡散させる。
【００９８】
第３実施例では、投入管２２０から約１ないし２０標準リットル／分の速度でＯ２ガスを供給するが、４標準リットル／分（各プラズマ室に２標準リットル／分づつ）が一般的である。しかし、第３実施例では、２００標準立法センチメートル／分ないし最高２００標準リットル／分までの流量を効果的に使用することができると信じちれる。ガス供給システム２０４および排気システム２０６は、誘導電界の強さを前提として解離が促進され心プラズ７からウエハまでの流量および反応室内の圧力を維持するために、協働する。腹案ガスによる処理の場合、１〜５トルの範囲の圧力が使用されるが、１．５トルが望ましい。しかし、イオン密度は増加するが、分割ファラデーシールドおよび荷電粒子フィルタ（以下でさらに詳しく説明する）によりイオン・ポンバードメントが減少するので、０. １トルもの低い圧力を使用することもできる。
【００９９】
プラズマ室の壁２１６の周囲は、誘導コイルで取り囲む。誘導コイルは、すでに述べた通り、従来のインピーダンスマッチングネットワーク（回示せず）を介してＲＦ供給源（図示せず）に接続する。第３実施例では、誘導コイル２２４ａ、２２４ｂの巻数はそれぞれ３巻である。誘導コイル２２４ａ、２２４ｂは導体の径を約１／４インチとし、巻線は中心距離で約５／８インチ分離することが望ましい。１つのプラズマ室の片側のコイルめ中心からそのプラズマ室の反対側のコイルの中心までの直径は、約９インチである。誘導コイルの中央の巻線の中心は、プラズマ室のほぽ中間あたり、プラズマ処理室の頂部から約１１ｃｍ、処理室２０８の頂部から約１４ｃｍの位置にくるようにする。これにより、プラズマはプラズマ処理リアクターの中間領域で発生し、実質的にそこに閉じ込められる。
【０１００】
第３実施例では、１３．５６MHzの周波数および５００ワットから１５００ワットの間の電力のＲＦエネルギを誘導コイルに印加することが望ましい。誘導コイルは、プラズマ室２０２の中間部分内に、実質的に垂直な軸を持ち軸方向に対称なＲＦ磁界および実質的に円周方向の誘導電界を発生させる。これらの電磁界はどちらも、中心軸を中心に回転対称性を示す。この構成では、プラズマは、プラズマリアクターの中間にほぽ円環の形状に集まる。しかし、電場は完全な対称ではなく、実際には反応室壁２１６の近傍の方がプラズマ室の中心部より強いことを理解されたい。電界およびプラズマの密度は、円環の中心でピークに達する。第３実施例におけるピーク電界Ｅの代表的な値は、反応室の最も高い位置で約４０Ｖ／ｃｍであり、ガスの密度Ｎｇの代表的な値は、約１０１６／ｃｍ３ないし１ ０１７／ ｃｍ３である。 Ｅ／Ｎｇは約１０−１５Ｖｃｍ２以下が望ましく、プラズマの中心におけるピーク・イオン密度は約１０９／ｃｍ３ 未満が望ましい。
【０１０１】
第１実施例および第２実施例の場合と同様に、誘導コイルとプラズマの間に分割ファラデーシールドを挿入する。第３実施例では、幅の広いスロットを切った単一分割ファラデーシールドを使用する。図１４は、第３実施例による分割ファラデーシールド２２６の構造を示す。この分割ファラデーシールドは、プラズマ室２０２の頂部から約３／４インチの位置から始まり、処理室２０８の頂部から約１−１／４インチ上の位置で終わる垂直のスロットを有する。これにより分割ファラデーシールドをプラズマ室の上に簡単に収まる一体化部品とすることができる。分割ファラデーシールドの下部は、分割ファラデーシ−ルドの全ての部分の共通帰線になる処理室の頂部に接続する。
【０１０２】
第３実施例における分割ファラデーシールドは、プラズマ電位が多少変化できるように設計されている。これにより、プラズマ室におけるプラズマの発火およびプラズマ反応の維持が容易になる。それでもなお、分割ファラデーシールドは実質的な容量結合を阻止し、プラズマ電位の変化を所望の量（第３実施例では１０ボルト台）に制限する。分割ファラデーシールドのスロットの数および幅は、容量結合および電位の変化のレベルを制御するように選択することができる。第３実施例の分割ファラデーシ−ルド２２６のスロット２２８は、上部２３０が約３／１６インチのスロット幅で始まり、中間部２３１が約３／８インチに広がっている。誘導コイル２２４は、分割ファラデーシールドのスロットの幅が広くなっているこの中間部分の周囲を囲んでいる。それからスロットは再び狭くなり、下部２３４で３／１６インチになる。スロットの上部および下部の狭い部分２３０、２３４は、約２−１／２インチの長さであり、幅広い中間部分２３４は約３インチの長さである。第３実施例の分割ファラデーシールドの場合、８個のスロットがあり、隣接スロット間は中心距離で約８．３５cm離れている。これは、誘導コイルのプラズマヘの容量結合を最大限に阻止するように設計された分割ファラデーシールドと対照的である。より完全に容量結合を阻止する場合は、多数の狭いスリット（３０程度以上）を使用したり、第２実施例で説明したような二重分割ファラデーシールドを使用することができる。第３実施例の分割ファラデーシールドは、より多くのプラズマ電位の変化を可能にし、より多くの荷電粒子を発生させるが、プラズマ反応の発火および維持が容易になり、また分割ファラデーシールドの構造がいっそう簡素化される。
【０１０３】
図１２を見ると、誘導コイル２２４とプラズマ室壁２１６の間に、分割ファラデーシールド２２６が挿入されている。分割ファラデーシールドは、誘導コイル２２４から約５／１６インチ離すことが望ましい。分割ファラデーシールド２２６は、スロットが含まれる部分の幅が約１０００分の１１５インチである。分割ファラデーシールド２２６のスロットの無い上部および下部の部分は、分割ファラデーシールドの構造をより頑丈にするために、もっと厚くすることができる（約１／２インチの厚さ）。
ウエハ７に達する荷電粒子電流を減少し、プラズマで発生するＵＶ放射がウエハ７に達するのを阻止するために、プラズマ室２０２と処理室２０８の間に、荷電粒子フィルタ２４０を設ける。第３実施例では、分割ファラデーシールドがプラズマ電位の多少の変化を許容しているので、荷電粒子フィルタ２４０を設けることが特に望ましい。しかし、荷電粒子フィルタは、第２実施例およびその他の種類のリアクターやストリッピング・システムでも使用すると有利な場合がある。こうした荷電粒子フィルタは、荷電粒子をガス流から篩分けすることが望ましい多数の状況で適用することができる。
【０１０４】
第３実施例の荷電粒子フィルタ２４０は、図１５Ａでさらに詳しく示す。この荷電粒子フィルタは、アルミニウムなどの導電性材料で形成された上部グリッド４０２および下部グリッド４０４を有する。こうした材料を使用するのは、それらの表面に形成される酸化物がふっ素原子の攻撃に強く、かつ銅など他の金属のように酸素原子の分子への再結合を触発しないからである。両グリッドは約１０００分の４０〜５０インチ離すことが望ましく、厚さは約０．１６インチである。グリッドは、水晶、アルミナ、または雲母などの絶縁材のブロック４０６により離れた状態に維持する。各グリッドは、穴の配列を有する。穴は直径が約０．１５６インチであり、中心距離が約０．２８インチ離れている。下部グリッド４０４の穴の配列４１０は、上部グリッド４０２の穴の配列４０８とは位置がずれている。図１５Ｂは上部グリッド４０２の平面図であり、穴の配列４０８の配置を示す。さらに、穴の配列４０８に対する穴の配列４１０の配置を、図１５Ｂに破線で示す。上部グリッド４０２および下部グリッド４０４を通す視線（見通し線）が無いことが望ましい。これにより、プラズマ室における潜在的損傷力を持つＵＶ放射がウエハ７に達するのを防止する。また、これにより、荷電粒子および解離原子はフィルタを通る非直線流動経路を取らされる。これにより、中性活性種が均一に拡散するための余裕の時間が得られ、また荷電粒子がフィルタでガス流から膨分けされる機会が得られる。
【０１０５】
荷電粒子は、グリッド４０２、４０４との衝突により、ガス流から篩分けされる。この過程は、上下グリッド４０２、４０４の間に電界を誘発することによって強化される。第３実施例では、上部グリッド４０２を処理室２１０の壁に電気的に接続し、それによって接地する。下部グリッド４０４は直流電源２３２ (バッテリ等)に接続し、下部グリッドに対接地電位を与える。図１２には２つの電源２３２ａ、２３２ｂが示されているが、両方の荷電粒子フィルタ２４０ａ、２４０ｂに単一の電源を使用できることは、容易に理解されるであろう。第３実施例では、この電位は約一９ボルトであるが、普通の技術の熟練者には、他の電位を使用できることが容易に理解されるであろう。例えば、正の電位を使用してもよい。上下グリッドに異なる電位を印加する目的は、２つのグリッド間の空洞部
に電界を誘発することである。しかし、グリッド間の電位差は、グリッド間にイオン化を誘発しないように制限する必要がある。本発明の範囲は、荷電粒子の捕集を誘発する他の方法（例えば磁界を利用して流動ガス内の浮遊荷電粒子を導電性ベーンまたはプレートに向かわせ、そこで荷電粒子を捕集する方法など）を包含するのは勿論である。
【０１０６】
グリッド間の電界は、荷電粒子をグリッドの一方に引き付け、中性活性種（解
離原子など）は実質的に妨害せずに通過させる。上部グリッドに対する負の電位を下部グリッドに印加すると、電界Ｅは、図１５Ａに示すように上部グリッドの方向に誘発される。したがって、フィルタ２４０に入った負の荷電粒子（例えば電子）は上部グリッド４０２に引き付けられ、正の荷電粒子（例えばイオン）は下部グリッド４０４に引き付けられる。この電界は、荷電粒子をグリッドに引き付け、そこで捕集してガス流から取り出すことにより、ガス流からの荷電粒子の諦分けを大幅に強化する。
【０１０７】
図１５Ｃは、３つのグリッドを使用した本発明による変形荷電粒子フィルタを示す。図１５Ｃの変形実施例は、上部グリッド４２０ヒ、中間グリッド４２２、および下部グリッド４２４の３つのグリッドを使用する。上部グリッドと中間グリッドの構成および関係は、図１５Ａに関連して先に述べた説明と同じである。第３の下部グリッド４２４は、中間グリッド４２２の下に追加する。下部グリッド４２４は、中間グリッド４２２から約１０００分の４０〜５０インチ離して配置する。下部グリッド４２４と中間グリッド４２２は、水晶、アルミナ、または雲母などの絶縁材の第２ブロック４２６により離れた状態に維持する。下部グリッド４２４の穴の配列４２８の位置が、中間グリッド４２２の穴の配列４３０の位置からずれていることは、先に図１５Ａおよび図１５Ｂに関連して説明したのと同じである。穴の配列４２８は、同じく中間グリッド４２２の穴の配列４３０の位置からずれている上部グリッド４２０の穴の配列４３２と同一配置にすることができる。中間グリッド４２２および下部グリッド４２４を通す視線（見通し線）が無いことが好ましい。上部グリッド４２０および中間グリッド４２２の場合と同様に、中間グリッド４２２および下部グリッド４２４はＵＶ放射を遮断し、荷電粒子および解離原子を非直線流動経路で移動させる。中問グリッド４２２と下部グリッド４２４の間に電界を誘発させる。これは、下部グリッド４２４に、中間グリッド４２２とは異なる電位を印加して電界を誘発することによって達成される。図１５Ｂに示す実施例の場合、接地に対し−９ボルトの電位を中間グリッド４２２に印加し、接地電位を下部グリッド４２４に印加する。もちろん、中間グリッド４２２と下部グリッド４２４の間に電界を誘発するために、他の電位および他の方法を用いることができることは、容易に理解されるであろう。しかし、電界は、グリッド間にイオン化を誘発しないように制限する必要がある。図１５Ａに関連して先に述べた通り、誘発された電界は荷電粒子をグリッドに引き付け、それにより荷電粒子の篩分けが強化される。図１５Ｃに示す変形実施例の場合、正の荷電粒子（例えばイオン）は中間グリッド４２２に引き付けられ、負の荷電粒子（例えば電子）は下部グリッドに引き付けられる。
【０１０８】
図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃに関連して説明した荷電粒子フィルタは、ウエハ７に到達する荷電粒子の濃度を著しく低下する。フィルタが無い場合、約０．１μＡ／ｃｍ２の荷電粒子電流がウエハ７に到達する。接地電位の単一グリッドを使用すると、約１０ｎＡ／ｃｍ２の荷電粒子電流がウエハ７に到達する。９ボルトの電位差を持つ２つのグリッドを使用すると、０．１ｎＡ／ｃｍ２未満（潜在的にはわずか１ｐＡ／ｃｍ２）の荷電粒子電流がウエハ７に到達する。第２グリッドに対し９ボルトの電位差を持つ第３のグリッドを追加すると、ウエハ７に到達する荷電粒子電流は１ ｐＡ／ｃｍ２未満に減少することができる。
【０１０９】
前記と同様の方法でさらに多くのグリッドを追加することができるが、グリッド数が増えるたびに、アッシング速度はわずかづつ低下する。しかし、第３実施例の誘導結合プラズマは、プラズマ電位の変化を減少し、大量の解離酸素を発生させる。このため、数個のグリッドを使用しても、最高約６ミクロン／分までの高い剥離速度を達成することができる。第３実施例のフィルタ・システムでは複数の等間隔の穴を使用することにより、障壁またはノズルでプラズマをウエハから分離する従来に方法に比べ、処理の均一性が維持されることに注意されたい。さらに、分割ファラデーシールドにより、近接配置された小径の穴を有するグリッドをプラズマの近傍で使用することが可能になり、穴の中でホロー陰極放電を生じることもない。プラズマ電位の変化を減少するために分割ファラデーシールドを使用しなければ、プラズマをグリッドまで押しさげることなく、豊富な酸素原子を解離する充分なエネルギを持つプラズマを発生させることは困難であり、またプラズマがグリッドまで押し下げられると、グリッドの穴の中でホロー陰極放電が誘発される。フィルタにおけるホロー陰極放電は、フィルタ内に濃密なプラズマ（かなりの量の荷電粒子を含む）を発生させるおそれがある。これは、荷電粒子をガス流から膨分けるフィルタの性能を損ねることになる。
【０１１０】
変形実施例の荷電粒子フィルタ・システム５０２を図１６に示す。このフィルタ・システム５０２では、２つの導電性リング５０４、５０６が、水晶またはアルミナなどの絶縁材のブロック５０８により分離されている。上部リング５０４は接地し、下部リング５０６には電位を印加する。図１６に示す実施形態では、接地に対して−３０ボルトの電位が下部リング５０６に印加される。これにより、プラズマ室に電界Efが発生し、荷電粒子が導電性リング５０４、５０６に引き付けられる。いうまでもなく、他の方法を用いて電界を発生させて荷電粒子を取り除いたり、流動ガスが荷電粒子をプラズマからウエハに向かって運ぶときに荷電粒子を導電性金属板に引き付けさせる磁気フィルタなどを使用することもできる。しかし、図１６に示す実施形態は、プラズマ内で発生するＵＶ放射を遮断せず、ウエハのＳiＯ２層やＳiＯ２／Ｓi境界を損傷するおそれがあるので、注意されたい。さらに図１６のフィルタ・システムは、図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃに関連して説明したフィルタ・システムほど効果的ではない。
【０１１１】
以上の説明は、当業者が容易に本発明を利用できるように説明したものである。特定の設計および寸法は例示である。より好ましい変形例が当業者にとっては可能である。またここに示した一般原則は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の実施形態や適用例にも適用することができる。例えば、使用するガスおよびプラズマの組成は、様々な工程に適合するように変えることができる。特に、誘導電界の強さおよびプラズマの圧力は、解離される原子およびイオンの相対的濃度を調整するために、変化させることができる。このような方法で、本発明のリアクターは幅広い様々な処理工程に適応することができる。例えば、フォトリングラフィの後で、等方性スカム除去のために、約１トルのアルゴン／酸素の組合せを使用することができる。イオン密度を上げるために圧力を約０．１トル以下まで下げ、ブロックにＲＦバイアスをかけることによって、異方性スカム除去を行なうこともできる。パッド・エッチングに便利なＳi３Ｎ４の選択的エッチングは、約０．１トルないし３トルの圧力でＳＦ６とアルゴンまたはヘリウムの組合せを使用することによって、達成することができる。コンタクト・クリーン(contact cl ean)に便利な等方性シリコン・エッチングは、約０．１トルないし３トルの圧力でアルゴンまたはヘリウムをＨ２および／またはＳＦ６またはＮＦ３と使用することによって、達成することができる。したがって、本発明をここに示した実施形態に限定するつもりはなく、ここに開示した原理および特徴に従う最も広い範囲が適用されるものとする。
【０１１２】
本発明の最も実務的かつより好ましい実施形態を開示したが、本発明が開示した実施形態に限定されず、それどころか、以下の請求頂の精神および範囲に合まれる多数のその他の変形例や同等の構成配置例を包含するものであることは、当業者には容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】先行技術のプラズマ・エッチングリアクダーの構造を示す。
【図２】主にアッシングに使用される先行技術のプラズマリアクターの断面図である。
【図３】電力が反応室に容量結合される先行技術のプラズマ・エッチングリアクターの等価回路である。
【図４】通電電極に印加される高周波信号とプラズマの電圧Ｖpとシース電圧Vacとの間の関係を示す。
【図５】本発明の第１実施例による誘導結合リアクターの側面図である。
【図６】本発明の第１実施例による誘導結合リアクターの側面断面図である。
【図７】本発明の第１実施例によるリアクターの平面図である。
【図８】第１実施例によるリアクターにおいてCs1がCs2よりずっと大きい場合のプラズマ電圧Ｖpと陰極に印加される高周波電圧との間の関係を示す。
【図９】様々な値のＥ／Ｎgに対する電子エネルギー分布を示すグラフである
【図１０】本発明の第２実施例によるリアクターの側面断面図である。
【図１１】図１１Ａは、第２実施例のリアクターのインピーダンスＺbを与えるために使用する回路であり、図１１Ｂは、第２実施例のリアクターのインピーダンスＺsを与えるために使用する回路である。
【図１２】本発明の第３実施例による二重プラズマ反応システムの側面断面図である。
【図１３】第３実施例による二重プラズマ反応システムの略示的平面図である。
【図１４】第３実施例による分割ファラデーシールドの構造を示すプラズマ反応システムの略示的側面図である。
【図１５】図１５Ａは、第３実施例による荷電粒子フィルタの略示的側面断面図であり、図１５Ｂは、第３実施例による荷電粒子フィルタで使用するグリッドの平面図であり、  図１５Ｃは、本発明による３グリッド式荷電粒子フィルタの略示的側面断面図である。
【図１６】本発明による荷電粒子フィルタの代替実施例の略示的側面断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１            リアクターの壁
２            プラズマ室
３            ガス供給源
４            排気システム
５            ＲＦ電源装置
６            通電電極
７            ウエハ
８            スリット弁
９            プラズマ体
１０          プラズマ・シース
１１          外側管
１２          内側管
１３          穴
１４          ガス管
１５−１６    電極
１７          ウエハ
２１−２４    シース・インピーダンスをモデル化した要素
２５          低インピーダンス抵抗
２６−２８    シース・インピーダンスをモデル化した要素
３１          ＲＦ信号
３２          プラズマ電圧
３３          信号３２のピーク（波高値）
３４          信号３１のピーク（波高値）
３５          接地
３６          通電電極のシース電圧
４０          ベース（基台）
４１          室壁（反応室の壁）
４２          誘導コイル
４３          第１ＲＦ電源
４４          マッチングネットワーク
４５          ファラデーシールド
４６          ファラデーシールドの導電性板
４７          コイル４２の高電圧端
４８          ファラデーシールドの導電板間の隙間（ギャップ）
４９          ガス供給源
５０          プラズマ室
５１          第２ＲＦ電源
５２          通電電極
５３          接地された導電板
５４          磁石
５５          強磁性体のリターン・プレート
５６          導電性コイル
５７          ＤＣ電流源
５８          排気口
５９          排気システム
６０          アルミニウム・ブロック
６１          加熱装置
６２          プラズマ
６３          内側分割ファラデーシールド
６４          外側分割ファラデーシールド
７１          ＲＦ電圧信号
７２          プラズマ電圧信号
７３          プラズマ電圧信号のピーク（波高値）
７４          ＲＦ電圧信号のピーク（波高値）
７６          プラズマ電圧信号のＤＣ成分
９２          Ｅ／Ｎｇ〜２．２×１０−１６ Ｖcm2の場合の電子エネルギ分布曲線
９４          Ｅ／Ｎｇ〜４．４×１０−１６ Ｖcm2の場合の電子エネルギ分布曲線
９６          Ｅ／Ｎｇ〜８．８×１０−１６ Ｖcm2の場合の電子エネルギ分布曲線
９８          Ｅ／Ｎｇ〜１０．９×１０−１６ Ｖcm2の場合の電子エネルギ分布曲線
２０２        プラズマ室
２０４        ガス供給システム
２０６        排気システム
２０８        ウエハ処理室
２１０        処理室の壁
２１２        アルミニウム・ブロック
２１３        セラミック支持台
２１４        遮断弁
２１５        スロットル弁
２１６        発生室の壁
２１７        発生室の頂部ふた
２１８        仕切り
２２０        投入管
２２２        ノズル
２２４        誘導コイル
２２６        分割ファラデーシールド
２２８        分割ファラデーシールドのスロット
２３０        スロットの上部
２３１        スロットの中間部
２３２        ＤＣ電源
２３４        スロットの下部
２４０        荷電粒子フィルタ
３０２        処理室の幅
３０４        処理室の奥行
３０６        外径
３０８        距離
４０２        上部グリッド
４０４        下部グリッド
４０６        絶縁材のリングまたは層
４０８        グリッド４０２の穴の配列
４１０        グリッド４０４の穴の配列
４２０        上部グリッド
４２２        中間グリッド
４２４        下部グリッド
４２６        絶縁材のリングまたは層
４２８        グリッド４２４の穴の配列
４３０        グリヅド４２２の穴の配列
４３２        グリッド４２０の穴の配列
５０２        フィルタ・システム
５０４        上部導電性リング
５０６        下部導電性リング
５０８        絶縁材のリング
【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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【図１６】
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