JPH09180898A

JPH09180898A - プラズマ発生器及び発生方法

Info

Publication number: JPH09180898A
Application number: JP8321417A
Authority: JP
Inventors: Shuta Kanayama; カナヤマシュータ
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1997-07-11
Also published as: EP0778608A2; EP0778608A3

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ発生領域を有する真空室を含み、真
空室には少なくとも１つの導波器が結合されているプラ
ズマ発生器を提供する。【解決手段】真空導波器はその一方の端にマイクロ波
導入窓を有している。真空室は、真空導波器から導入さ
れるマイクロ波に共振状態を生じさせる空洞を限定する
壁と、プラズマ発生領域に通じているガス導入入口とを
有している。周縁と、１つの面とを有するターゲットが
真空室の壁の１つの上に配置され、その面をプラズマ発
生領域に曝している。プラズマ発生器はプラズマ発生領
域内にターゲットの面を横切る磁場を確立する手段も含
むことが好ましい。ターゲットの面の近傍にガスを供給
する段階と、ターゲットの周縁の周囲にマイクロ波を導
入しターゲットの面を横切って渡るプラズマを発生させ
るようにマイクロ波を導く段階とを含むプラズマを発生
方法も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、より強いプラズマ
を発生し、そして物理蒸着に使用した場合、スパッタさ
れる材料をより均一にサブストレート上に堆積させるこ
とができる、半導体デバイスサブストレート処理のため
のマイクロ波プラズマ発生器に関する。より詳しく述べ
れば、本発明は、マイクロ波を近接するプラズマ発生領
域へ導くための１またはそれ以上の真空導波器を提供す
る。

【０００２】

【従来の技術】多くの堆積プロセスにおいては、プロセ
スガスを真空室内へ導入し、この真空室に磁気コイルか
らの磁界と、マイクロ波源からの電界とを印加する。真
空室内において磁界及び電界に曝されると、プロセスガ
スは公知の電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）現象によ
ってプラズマに変換される。プラズマによって生成され
たイオンはターゲットに衝突し、ターゲット材料をスパ
ッタさせる。スパッタされた粒子はターゲットから離脱
し、真空室内に配置されたサブストレート上に堆積す
る。スパッタされた粒子はサブストレート上に堆積して
薄膜を形成する。物理蒸着（ＰＶＤ）のプロセスをＥＣ
Ｒと共に使用した場合、ターゲットをスパッタさせるの
に使用される高密度プラズマは、ターゲットからスパッ
タされた原子の少なくとも一部をもイオン化する。これ
は、スパッタ方法に伴う一つの問題を解消する。従来の
ＰＶＤにおいては、ターゲット原子は特定の運動エネル
ギでターゲットからスパッタされ、サブストレートまた
は室の内部構成要素に衝突するまで直線経路を走行す
る。ターゲットからスパッタされたターゲット原子の軌
跡は、サブストレートに対して平行から垂直までの範囲
にわたっている。従って、垂直軌跡をもつターゲット原
子の一部だけがサブストレートに衝突する。その結果、
サブストレートの露出された表面内の設けられた深くて
狭い孔、または溝は、ターゲットからの材料が孔の入口
を塞いでその後にターゲットからスパッタされた材料が
孔の底に到達するのを阻止するので、通常は完全に満た
されなくなる。ＥＣＲＰＶＤを使用すると、ターゲッ
ト原子は従来のスパッタリングで発生するよりも高い割
合でイオン化される。そのためイオンを電気的に吸引
し、サブストレートの表面に垂直な経路でサブストレー
トに向かわせるバイアスをサブストレートに使用するこ
とが可能になり、狭く深い孔、または溝を満たすことが
できるようになる。

【０００３】従来の一つの薄膜堆積装置は平坦なマグネ
トロンスパッタリング装置であり、始めに平坦な表面を
プラズマに露出させたターゲットをスパッタする。正に
帯電したプラズマイオンが負にバイアスされたターゲッ
ト表面に吸引されることによってターゲットがスパッタ
される。スパッタリング現象を強めるためにターゲット
の背後に磁石構造を配置し、サブストレートの未侵食表
面に全面的に、または部分的に平行な磁力線を形成させ
る。プラズマ内の電子は、軌道経路内の磁力線の周囲に
捕捉され始める。電子がガス原子に衝突すると、ガス原
子はイオン化され得る。典型的には、磁界はターゲット
の背後に磁石を配置することによって形成され、極間の
磁力線はターゲットの露出された表面に部分的に平行で
ある。従って、磁石が位置している場所に電子が捕捉さ
れ、イオン化及びスパッタリングは局所的に増加する。
スパッタの均一性を改善するために、磁石をターゲット
の背後で、好ましくは円形の経路で移動させる。従っ
て、磁界が電界に垂直になれば、スパッタの生産性が高
められる。

【０００４】ＥＣＲ用の従来のプラズマ発生器の例が、
米国特許第 4,492,620号に開示されている。プラズマ形
成室の側に沿って配列された磁気コイルが、室の一方の
端から導波器によって導入されたマイクロ波のマイクロ
波電界と相互作用してプラズマを形成させる。このプラ
ズマは、マイクロ波導波器とは反対側のプラズマ形成室
の端に位置決めされた開口を通して処理室内へ発射され
る。この開示された装置の一つの欠陥は、開口の大きさ
が処理室内に導入されるプラズマの発射角を制限するた
めに、スパッタを受けるウェーハの半径が装置の長さに
よって制限されることである。従って、サブストレート
が大きくなる程、室の長さを長くする必要がある。この
装置の別の欠陥は、プラズマ形成室の側に配列されてい
る磁界発生用コイルまでの物理的距離とプラズマの向き
のために、磁界がプラズマ領域内に均一に発生しないこ
とである。更に、装置はプラズマを別の処理室内へ発射
させる必要があり、単一のウェーハ及び平坦なターゲッ
トを有するマグネトロンスパッタリング装置に比して、
装置の複雑さが増加している。

【０００５】ＥＣＲ装置の別の例が、特開平 6-2128 に
開示されている。この装置では、プロセスガス及びマイ
クロ波エネルギは、マイクロ波導入窓内のスリット開口
を通して室内に供給される。装置の側壁上に位置してい
るターゲット上に磁力線を導くための磁気コイルが設け
られている。この装置に伴う問題の一つは、磁気コイル
が導波器の側に配列されていて、プラズマ形成室及びサ
ブストレートの領域からは離れているので、磁界が均一
ではないことである。プラズマと磁気コイルとの間の物
理的距離が増加するにつれて、均一な磁力の場を発生さ
せて維持することが困難になる。ＥＣＲプラズマ源の別
の設計が、米国特許第 5,133,826号に開示されている。
磁界は、円筒形の室の周囲に円周状に配列された磁石に
よって形成される。マイクロ波電力は、エネルギッシュ
な電子が室の一方の軸方向端の出口に直線的に通じてし
まう( line-of-sight communication ) のを防ぐため
に、室の長手方向軸に垂直に注入される。出口に接近す
るプラズマ流内のプラズマ分布を均一にするためには、
マイクロ波電源を含むプラズマ形成領域と、円周状の磁
石との間に磁界が存在しない領域を必要とする。しかし
ながら、この磁界が存在しない領域が室を大きくし、磁
石、マイクロ波源、及び試料の間の物理的距離を増加さ
せている。

【０００６】更にどの場合も、プラズマ形成室の構造の
ために、（マグネトロンスパッタリングに使用されるよ
うな）サブストレートの背後に磁石を配置することはで
きない。従って、ターゲットの背後に磁石を配置するイ
オン捕捉効果を使用することはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】より大きいサブストレ
ート上に薄膜層を堆積させることができ、しかも従来技
術において使用可能であったものよりも一層制御可能
で、且つ均一な磁界を発生させる要望が存在し続けてい
る。これらの問題を解消して得られる長所には、サブス
トレート上に高品質の薄膜が形成されること、及び大き
いサブストレートをより効率的に製造処理できることが
含まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従って本発明は、一実施
例において、プラズマ発生器を提供する。このプラズマ
発生器は、プラズマ発生領域を有する真空室と、真空室
に結合されている複数の真空導波器とを含む。各真空導
波器は、その一方の端にプラズマ発生領域付近の真空室
に結合されているマイクロ波導入窓を有している。真空
室は、複数の真空導波器から導入することができるマイ
クロ波を共振状態にさせるための空洞を限定する壁を有
している。真空室は、プラズマ発生領域に通じているガ
ス導入入口を有している。周縁と、１つの面とを有する
ターゲットは、真空室の壁の１つの上に配置され、該面
はプラズマ発生領域に露出されている。各真空導波器
は、ターゲットの周縁付近の真空室に結合されている。
ターゲットは、そのスパッタリング表面がサブストレー
ト堆積表面と平行で、サブストレートに対面しているこ
とが好ましい。

【０００９】本発明の別の実施例においては、プラズマ
発生器は、プラズマ発生領域内にターゲットの面を横切
る磁界を確立する手段を含んでいる。各マイクロ波導入
窓は、ターゲット上のどの点から発する直線も到達しな
いような真空室内の位置に配置することが好ましい。本
発明の別の実施例では、プラズマ発生器は真空室を含
み、真空室はプラズマ発生領域と、真空室に結合されて
いる少なくとも１つの真空導波器とを有している。真空
導波器は、その一方の端に、プラズマ発生領域付近の真
空室に結合されているマイクロ波導入窓を有している。
真空室は、真空導波器から導入されるマイクロ波を共振
状態にさせるための空洞を限定する壁を有している。真
空室は、プラズマ発生領域に通じているガス導入入口を
有している。周縁と、１つの面とを有するターゲット
は、真空室の壁の１つの上に配置され、その面はプラズ
マ発生領域に露出されている。真空導波器は、ターゲッ
トの周縁付近の真空室に結合されている。サブストレー
トを支持するサブストレートホールダが、真空室内でタ
ーゲットに対面してターゲットとほぼ平行に配置されて
いる。プラズマ発生器は、ターゲットとサブストレート
ホールダとの間のプラズマ発生領域内に磁界を確立する
手段をも含んでいる。磁界手段が、真空室の１つの壁上
のターゲットの背後に位置決めされている。真空室は、
壁を有する環を含むことが好ましい。各マイクロ波導入
窓が、この環の壁内に配置されている。環はターゲット
の周縁のかなりの部分に沿って垂直に伸びており、それ
によってマイクロ波はターゲットの周縁のかなりの部分
に沿って各マイクロ波導入窓から導入される。

【００１０】周縁と、１つの面とを有するターゲットに
近接する真空室内にプラズマを発生させるための方法も
開示される。本方法は、ターゲットの面の近傍にガスを
供給する段階と、ターゲットの周縁に沿ってマイクロ波
を導入し、プラズマを発生させるようにターゲットの面
を横切るマイクロ波を導く段階とを含む。本発明のこれ
らの、及び他の特色及び長所は、以下の添付図面に基づ
く説明から明白になるであろう。

【００１１】

【実施例】図１に示す本発明によるプラズマ発生器１０
は、プラズマ発生領域１４を限定している真空室１２を
含んでいる。複数の真空導波器１６、１８の端２０、２
２は、プラズマ発生領域１４付近の真空室１２に結合さ
れている。各真空導波器１６、１８は、１またはそれ以
上のマイクロ波導入窓１７、１９を含んでいる。各マイ
クロ波導入窓は、石英のような材料で作られたマイクロ
波透過部分を含んでいる。プラズマ発生領域１４に曝さ
れる真空室１０の部分は、陽極酸化処理されたアルミニ
ウムのような、処理に影響を与えない材料で作るべきで
ある。真空室１２は上側壁２６及び側壁２８を含み、こ
れらの壁は真空導波器１６、１８から導入されるマイク
ロ波を共振状態にさせる空洞３０を限定している。導波
器１６、１８は、環を形成しているマイクロ波導入窓１
７、１９内で終端している。各マイクロ波導入窓１７、
１９に弓形のセグメントを形成させ、各マイクロ波源毎
に１つの窓を設け、各窓の弓形の半環状の広がりが 360
°をマイクロ波源の数で除した値に等しくすることが好
ましい。しかしながら、窓の数が異なっていても、また
は窓の間隔が異なっていても差し支えない。

【００１２】真空室１２を矩形にして４つの側壁を設け
ることが好ましいが、他の形状であっても差し支えな
い。スパッタリングによってサブストレート上に堆積さ
せる材料のターゲット３２を含む上側電極が、窓１７、
１９の周縁内に、そして真空室の上側壁２６上に位置決
めされている。後述するように、ターゲット３２は、始
めはほぼ平坦な面３６（この面３６から金属原子をスパ
ッタすることができる）を有する面電極板であることが
好ましい。真空室１２にエネルギを供給し、その中のガ
スをプラズマに変換するために、マイクロ波導入メカニ
ズムに接続されているマグネトロンのようなマイクロ波
源から導波器１６、１８及び窓１７、１９を通してマイ
クロ波エネルギが供給される。公知のようにマイクロ波
導入メカニズムは、マッチングデバイス、マイクロ波電
力計、アイソレータ、等（図示してない）を含むことが
できる。真空導波器１６、１８及び窓１７、１９を通し
て導入されたマイクロ波は、複数の方向からターゲット
の周縁３４に沿ってプラズマ領域を同時に照射し、ター
ゲットの面３６に平行な面内を伝播する成分を含む。そ
の結果、従来の技術に比してより高密度のプラズマが発
生する。

【００１３】図１には、ターゲット３２が配置されてい
る上側壁２６に真空導波器１６、１８が接続されている
ように示してあるが、本発明はそのように限定されるも
のではない。また、本発明はマイクロ波をターゲット３
２の背後から導入する真空導波器１６、１８に限定され
るものでもない。真空導波器は、真空室の側壁２８のよ
うな他の壁に結合することも可能である。更に、マイク
ロ波は、プラズマ発生領域１４またはターゲット３２の
反対の側からプラズマ発生領域１４へ導入することもで
きる。真空室１２は、サブストレート３８を支持するた
めのサセプタ、即ちサブストレートホールダ４０を含ん
でいる。サブストレートホールダ４０は、ターゲット３
２と平行関係に整列させることが好ましい。サブストレ
ートホールダ４０は、プラズマ発生領域１４に曝すこと
ができる上側表面４２を有する導電性部材であることが
好ましい。サブストレートホールダ４０には、サブスト
レート３８を加熱するためのヒーターを組込むことがで
きる。更に、薄膜をサブストレート３８上に形成させる
時、またはサブストレート３８のスパッタ清浄を行う時
のような場合に、バイアス電位として直流または交流電
圧をサブストレート３８に印加することができる。サブ
ストレートホールダの少なくとも上側表面４２は、陽極
酸化処理したアルミニウムのような、プロセスに影響を
与えない材料で作られる。半導体ウェーハは、その後の
処理のためにサブストレートホールダの上側表面４２に
よって支持されているサブストレート３８であることが
好ましい。

【００１４】スパッタされた材料がサブストレート３８
以外の真空室１２の領域に堆積するのを防ぐために、１
またはそれ以上のシールド３７、３９が、マイクロ波導
入窓１７、１９から真空室の上側壁２６までと、サブス
トレートホールダ４０が整列している面まで伸びてい
る。マイクロ波導入窓１７、１９の構造と同様に、シー
ルド３７、３９も壁を形成している。各シールド３７、
３９は１つの環の弓形セグメントを形成し、各シールド
の弓形半環状の広がりは 360°をマイクロ波導入窓の数
で除した値に等しい。しかしながら、シールドの数が異
なっていても、シールドの間隔が異なっていても、また
は連続したシールドを使用しても差し支えない。電源４
４がターゲット３２に接続されている。電源４４は直
流、または高周波電力の何れかであることができる。後
述するように、直流または高周波電力は、サブストレー
トホールダ４０だけに、ターゲット３２を含む上側電極
だけに、またはサブストレートホールダ及び上側電極の
両方に、任意選択的に印加することができる。本発明の
別の実施例では、どのような直流または高周波電力も使
用していない。しかしながら、ターゲットの直流スパッ
タリングのために、ターゲット３２にはサブストレート
ホールダ４０に対して負の電位を印加する。サブストレ
ートホールダ４０は電気的なバイアス４１に接続されて
いる。高周波電源を使用する場合には、高周波電源のイ
ンピーダンスをプラズマ発生器１０の残余のインピーダ
ンスに整合させるマッチング回路網に接続する。

【００１５】図２を参照する。プラズマ発生器１０は、
ターゲット３２の面３６と少なくとも部分的に平行な磁
界をプラズマ発生領域１４内に確立する磁界発生器４６
を含むことも好ましい。磁界発生器４６は、ターゲット
３２の直ぐ後の位置、またはターゲット３２自体の上部
にターゲット３２に接して位置決めされている。図示実
施例では、磁界発生器４６の極間に伸びる磁力線は、タ
ーゲットの面３６に少なくとも部分的に平行に伸びてい
るので、真空導波器１６、１８から導入されたマイクロ
波が室内にプラズマを発生させる。磁界発生器４６が発
生する磁界の強さは、真空室１２へ供給されるマイクロ
波エネルギから電子サイクロトロン共振を生じさせるよ
うな条件をプラズマ発生領域１４内に確立できるように
制御することができる。例えば、約 2.45 ＧＨｚの周波
数のマイクロ波エネルギに電子サイクロトロン共振を生
じさせるための条件は、約 875Ｇの磁束密度である。以
上のように、ＥＣＲ（または、マイクロ波）源とターゲ
ットの背後の磁石とを組合わせて平坦なサブストレート
に対面している平坦なターゲットをスパッタさせること
ができ、一方ターゲット外縁の周囲からマイクロ波を導
入すると、ターゲットを横切る比較的均一なプラズマが
得られる。

【００１６】本発明にはいろいろな型の磁界発生器４６
を使用することができる。例えば、限定するものではな
いが、永久磁石、電磁石、または磁気材料、またはこれ
らの磁気源のどのような組合わせも磁界発生器４６とし
て使用できる。適当な磁界発生器４６の一つの例は、図
２に示すように、１またはそれ以上の永久磁石４７のよ
うな磁気の源を、真空室の壁２６に接する回転プラット
フォーム４９上に、そしてターゲット３２の背後に位置
決めすることである。磁石はそれらの極を、連続するＮ
及びＳ極を形成する内側及び外側磁極片に取付けて、磁
界の均一な分布を増すことができる。サブストレート３
８の表面上の処理速度の均一性が空間的に変化するのを
減少させるために、Applied Materials, Inc.,製の Mod
el 5000Eのようなスパッタリングシステムがターゲット
３２と同心状に、且つターゲット３２に垂直な軸５１を
中心として回転する方向に沿って、ターゲット３２の表
面に実質的に平行な磁界を発生する。矢印５３によって
表されているこの回転は、ターゲット３２の表面にほぼ
円筒形に対称の時間平均された磁界を発生し、これがタ
ーゲット３２上の平均均一性を改善するので処理の均一
性が改善される。磁界発生器４６からの磁力線は異なる
位置からターゲットの面３６を横切って伸びるが、それ
でもマイクロ波５５が真空導波器から導入されて磁力線
と交差すると、ターゲットの面３６を横切るより強いプ
ラズマを発生する。ターゲットの面３６の周辺に沿っ
て、面３６を横切るマイクロ波を導入すると、プラズマ
発生領域１４内にプラズマが発生する。被膜の厚みの均
一性を改善する平坦マグネトロンスパッタリング源が、
Avi の米国特許第 5,320,728号に開示されているので参
照されたい。

【００１７】適当な磁界発生器４６の別の例は、真空室
１２内の複数の位置に磁気材料を配置してプラズマ発生
領域１４内の磁界を調整し、それによって公知のように
ＥＣＲプラズマの分布及び特性を変化させることを含
む。サブストレート３８に磁気材料を密着させるとサブ
ストレート３８の各点における処理速度を微細に調整す
ることができるので、サブストレートホールダ４０の内
側にプラズマ分布及び変更のための別の磁気材料を組込
むことも好ましい。またサブストレートホールダ４０内
に磁気材料を包み込むとプラズマが磁気材料と反応する
ことが防ぐことができ、真空室１２内のこのような磁気
材料の存在がウェーハプロセスに不要の汚染をもたらす
ことがなくなる。サブストレート３８付近の磁界の大き
さ及び均一性は、付加される磁気材料の厚み、付加され
る磁気材料の透磁率、及びサブストレート３８の上面か
らこの付加される磁気材料までの間隔に依存する。

【００１８】真空室１２は、プロセスガスを導入してそ
れをプラズマ発生領域１４内でマイクロ波と反応させる
ために分散させる別のガス入口マニホルド４８を含む。
ガス、イオン、粒子、及び他の望ましくない物質をプラ
ズマ発生領域１４から除去するための排気マニホルド５
０が真空室１２に結合されている。図３に示す本発明の
代替実施例（図１と同一の要素に対しては同一の番号を
付してある）では、磁界発生器３４６がターゲット３２
に対して図１とは異なる位置に配置されている。磁界発
生器３４６は、プラズマ発生領域１４の側壁２８に接し
て位置決めされている。また磁界発生器３４６は、ター
ゲット３２に対して垂直位置に位置決めされている。磁
界発生器３４６からの磁力線がターゲットの面３６を横
切るようにし、ターゲット３２の表面付近に電子捕捉が
得られるようにすることが好ましい。

【００１９】図１及び３に示す本発明の実施例によれ
ば、従来技術におけるようにターゲットの背後または付
近にＥＣＲ構造を位置決めする必要性を排除したことか
ら、ターゲット３２により接近して磁界発生器４６、３
４６を位置決めすることができる。また本発明は、導波
器１６、１８及び窓１７、１９をターゲットの周縁３４
に密接して位置決めしており、それによってプラズマ形
成及び処理のための別の室の必要性をも排除している。
その結果、本発明は、それ程複雑ではない設計の単一の
真空室内においてより大きいサブストレートまたはウェ
ーハ上の薄膜層の処理のような、従来技術に優る長所を
提供する。図４に示す本発明の別の実施例（図１の要素
と同一の要素に対して同一の番号を使用している）では
磁界発生器を使用せず、プラズマはマイクロ波を使用し
て発生させる。ターゲットの周縁３４に沿って、面３６
を横切るマイクロ波を導入すると、プラズマ発生領域１
４内にプラズマが発生する。本発明による磁界発生器の
使用は任意選択的である。

【００２０】図４に示す本発明の実施例は、ターゲット
３２の前面上の何れの点からの直線も到達しない真空室
１２内の位置に各マイクロ波導入窓１７、１９を配置す
ることも示している。この配列は、ターゲット３２の面
からスパッタされた粒子が直線経路を走行してマイクロ
波導入窓１７、１９上に堆積することを阻止する。その
結果、本発明は、従来の技術で利用可能であったよりも
高密度のプラズマをターゲットの近傍に発生させ、しか
もターゲットからスパッタされた粒子が直線経路を走行
してマイクロ波導入窓上に堆積するのを防ぐ。図４で
は、マイクロ波は１またはそれ以上の源から導波器１
６、１８内へ導入される。マイクロ波は表面２１、２３
によって反射され、ターゲットの面３６を横切り、プラ
ズマ発生領域１４内へ導かれる。マイクロ波エネルギを
反射させるような公知のどの材料も反射表面２１、２３
として使用するのに適している。

【００２１】図５は、特定構成の導波器１６、１８を有
する本発明の別の実施例（図１と同一の要素に対しては
同一の番号を付してある）を示している。駆動組立体６
４が、サブストレートホールダ４０及びサブストレート
３８を排気孔６６付近の位置まで上昇させる。図２に関
して説明したように、電動機６１がターゲット３２の背
後の真空室に接してプラットフォーム４９を回転させ
る。プラットフォーム４９は、それに取付けられている
１またはそれ以上の永久磁石４７を含む。図５の例で
は、導波器１６及び／または１８は、室の側壁１０２を
通して真空室１２に結合されている。アルミニウム製で
あることが好ましい、そしてターゲット３２の直径とほ
ぼ等しい直径を有する環６０が、ターゲット３２（環の
一部を切り欠いて示されている）の周縁を取り巻いてい
る。環６０は連続した環状部材であることが好ましい
が、本発明は離散し、区分化された部分によってターゲ
ット３２の周縁を取り巻くことも含む。環６０は、清浄
中に室から取り外すことができるので、マイクロ波導入
窓上に堆積した材料の積層を除去することが可能であ
る。

【００２２】図６により詳細に示してあるように、環状
マイクロ波分配チャネル１０４が環６０と室の壁１００
との間に形成されている。チャネル１０４は、均一な高
さ及び幅を有していることが好ましく、単一のマイクロ
波源及び単一の導波器１６または１８を使用してマイク
ロ波をチャネル１０４全体に分配できるような大きさに
なっている。環６０は、ほぼ矩形の形状の複数のマイク
ロ波導入窓１０６を含んでいる。各窓は、石英のような
材料で作られたマイクロ波透過部分と、窓を環に取付け
るための取付け用ブラケットとを含んでいる。窓１０６
は環６０の周囲に等間隔であり、ターゲット３２の周囲
に放射状に等間隔でマイクロ波を導入できるようにして
いる。窓が矩形ではあるが、方形ではない場合には、全
ての窓は（図５に窓１０６で示してあるように）それら
の長い方の辺をターゲットの面３６に平行に配置するこ
とが好ましい。

【００２３】複数のマイクロ波導入窓１０６は、ターゲ
ットの面３６の周縁のかなりの部分に沿って、面３６を
横切るマイクロ波を導入し、プラズマ発生領域１４内に
プラズマを発生させる。環６０の全周に沿ってマイクロ
波導入窓１０６を配置することによって、従来技術に見
られる設計程複雑ではない単一の室を使用して複数の方
向からプラズマ領域を同時に照射することができる。好
ましい実施例として２つの導波器１６、１８を図示して
あるが、本発明は、好ましくは分配チャネル１０４を使
用して、１またはそれ以上のマイクロ波導入窓に結合さ
れた１またはそれ以上の導波器の如何なる組合わせをも
含むことを理解されたい。しかしながら、各マイクロ波
導入窓を１つの導波器毎に設けることもできる。もし複
数の導波器を使用するのであれば、これらの導波器には
単一の、または複数の源からマイクロ波エネルギを供給
することができる。

【００２４】図５において、プラズマは、磁界発生器４
６を用いて室内に形成させることができる。ターゲット
の周縁３４に沿って、面３６を横切るマイクロ波を導入
すると、プラズマがプラズマ発生領域１４内に発生す
る。真空室を、ターゲットの後側が導波器または他の構
造的ＥＣＲ装置によって妨げられないような構造にして
ある本発明は、従来の技術とは対照的に、ターゲットの
直ぐ背後に磁界発生器の構造を配置することを可能にす
る。その結果、磁界は、従来の技術に比して一層制御可
能になり、ターゲットを横切る強いプラズマが発生す
る。再度図４を参照する。複数のマイクロ波導入窓１０
６を有する環６０は、上述したように真空室内に位置決
めすることができる。マイクロ波分配チャネル１０４
は、室の側壁２６と環６０との間に形成されている。こ
の実施例における環６０の使用は任意選択的である。

【００２５】動作を説明する。磁界発生器４６または３
４６によって磁界がプラズマ発生領域１４に印加される
と、ターゲット３２の面を横切る磁力線が発生する。タ
ーゲットの周縁３６の周囲の複数の方向からマイクロ波
が導入されると、プロセスガスはプラズマに変換され
る。スパッタされる粒子が効率的に生成されるから、タ
ーゲット材料は高速でサブストレート上に堆積し、薄膜
を迅速にサブストレート３８上に形成する。本発明のプ
ラズマ発生器は、堆積プロセスに適した、スパッタされ
る材料のイオンを生成する手段を提供する。本発明のプ
ラズマ発生器は、物理蒸着（ＰＶＤ）スパッタリング装
置に、またはＥＣＲスパッタリングに、そして詳しく述
べれば高密度プラズマＥＣＲに使用することが好まし
い。本発明のプラズマ発生器はガス流が、エッチング、
化学蒸着（ＣＶＤ）、等に使用されるプロセスガスであ
るような、また導入されるマイクロ波がプロセスガスを
イオン化するような、プラズマ反応室内に使用すること
もできる。詳しく述べれば、本発明のプラズマ発生器
は、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、モ
ードプラズマエッチング、及び半導体、導体及び誘電体
材料のエッチングのための関連プロセスに使用すること
ができる。本発明のプラズマ発生器の別の特に有用な応
用は、高周波の場の中において低圧反応ガス放電を発生
させるようなプラズマ強化ＣＶＤプロセスにおける使用
である。

【００２６】本発明の一実施例は、ＣＶＤ及びエッチン
グプロセスに特に適用可能である。図１において電源４
４を除去して磁界発生器４６として永久磁石を使用すれ
ば、従来の技術に見られる構造よりも外形寸法がより小
型になり、設計の複雑さが少なくなる。この簡易な構造
は、システムの製造費用をも減少させる。前述したよう
に、磁気源をその上に有している回転プラットフォーム
は、永久磁石に置換することができる。本発明の別の実
施例は、ＣＶＤ及び約 0.5μｍより薄い薄膜層を含むエ
ッチングプロセスに特に適用可能である。直流または高
周波電力はサブストレートホールダ４０だけに印加され
る。直流または高周波電力は、ターゲット３２、または
サブストレート３８、または両方の何れかに印加するバ
イアス電位を変化させることによって、イオン化された
ガス原子の形成を独立的に制御する能力が与えられる。
前述したように、永久磁石または磁気源をその上に有し
ている回転プラットフォームのような、どのような磁界
発生器４６も使用することができる。

【００２７】本発明のさらなる実施例は、ＰＶＤプロセ
スに特に適用可能である。直流または高周波電力は、タ
ーゲット３２を含む上側電極だけに印加される。この実
施例では、永久磁石または磁気源をその上に有している
回転プラットフォームのような、どのような磁界発生器
４６も使用することができる。本発明の更に別の実施例
は、約 0.5μｍより薄い薄膜層を含むＰＶＤに特に適用
可能である。直流または高周波電力は、サブストレート
ホールダ４０だけに印加される。前述したように、永久
磁石または磁気源をその上に有している回転プラットフ
ォームのような、どのような磁界発生器４６も使用でき
る。本発明の方法は、周縁及び面によって限定されるタ
ーゲットに近接する真空室内の磁界の中にプラズマを発
生させる。この方法は、ターゲットの面に近接してプロ
セスガスを導入する段階と、ターゲットの周縁に沿って
マイクロ波を導入する段階とを含む。マイクロ波を導い
て、ターゲットの面を横切るプラズマを発生させる。マ
イクロ波はターゲットの周縁に沿う１またはそれ以上の
位置から導入することが好ましい。一実施例では、マイ
クロ波はターゲットに曝されている１またはそれ以上の
窓から室へ進入する。別の実施例では、窓はターゲット
の側にあり、シールドがマイクロ波をターゲットの面に
向け直す反射性表面をなしている。

【００２８】本方法は、ターゲットの背後に位置決めさ
れた源から磁界を発生させる段階をも含むことができ
る。磁界はプラズマ内に発生し、磁束の一部はターゲッ
トの面と実質的に平行である。本方法は、ターゲットと
対面して真空室内に配置されているサブストレートホー
ルダ上のサブストレートを、ターゲットとほぼ平行な位
置に整列させる段階をも含んでいる。その結果、マイク
ロ波を導入する段階は、マイクロ波をターゲットの面
と、整列したサブストレートとの間に導く。直流スパッ
タリングでは、サブストレートに対して負の電圧をター
ゲットに印加する。以上に本発明の特定の実施例及び現
在における応用に関して説明したが、当業者ならば本発
明の思想及び範囲から逸脱することなく、開示した本発
明の配列、動作、及び構造の細部に対する種々の変化及
び変更が明白であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ発生器の概要を示す断面
図である。

【図２】本発明によって提供される磁界発生器の一実施
例を分離してその概要を示す断面図である。

【図３】図１とは異なる位置に本発明による磁界発生器
を有するプラズマ発生器の別の実施例の概要を示す断面
図である。

【図４】本発明による磁界発生器を使用しないプラズマ
発生器の別の実施例の概要を示す断面図である。

【図５】その中に容れたサブストレートを処理するため
に位置決めされた本発明のマイクロ波導入窓の好ましい
実施例を含む処理室の断面図である。

【図６】図５の６−６矢視断面図であって、本発明によ
って提供されるマイクロ波分配チャネル及び複数のマイ
クロ波導入窓を分離して示す図である。

【符号の説明】

１０プラズマ発生器１２真空室１４プラズマ発生領域１６、１８導波器１７、１９マイクロ波導入窓２０、２２導波器の端２６上側壁２８側壁３０空洞３２ターゲット３４ターゲットの周縁３６ターゲットの面３７、３９シールド３８サブストレート４０サブストレートホールダ４１電気的バイアス４２サブストレートホールダの上側表面４４電源４６磁界発生器４７永久磁石４８ガス入口マニホルド４９回転プラットフォーム５０排気マニホルド５５マイクロ波６０環６１電動機６４駆動組立体６６排気孔１００室の壁１０２側壁１０４マイクロ波分配チャネル１０６マイクロ波導入窓３４６磁界発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生器であって、プラズマ発生領域と、少なくとも１つの導波器とを有す
る真空室を備え、上記導波器は上記真空室に通じてお
り、上記導波器は上記導波器の一方の端を上記プラズマ
発生領域付近の上記真空室に結合しているマイクロ波導
入窓を有し、上記真空室は上記導波器から導入されるマ
イクロ波に共振状態を生じさせるための空洞を限定する
壁を有し、そして上記真空室は上記プラズマ発生領域に
通じているガス導入入口を有し、周縁と、１つの面とを有するターゲットをも備え、上記
ターゲットは上記真空室の壁の１つの上に配置されてい
て上記プラズマ発生領域に曝されている面を有し、上記
導波器は上記ターゲットの周縁付近において上記真空室
に通じており、それによって上記マイクロ波導入窓を通
して上記真空室内に進入するマイクロ波が上記ターゲッ
トの上記面を横切るように導かれることを特徴とするプ
ラズマ発生器。
【請求項２】上記各マイクロ波導入窓は、上記ターゲ
ットの上記面上のどの点からも直線では到達しない上記
真空室内の位置に配置されている請求項１に記載のプラ
ズマ発生器。
【請求項３】上記プラズマ発生器は、上記上記マイク
ロ波導入窓を通るマイクロ波が上記ターゲットの上記面
を横切るように反射させる反射器をも上記真空室内に含
んでいる請求項２に記載のプラズマ発生器。
【請求項４】上記導波器は、上記ターゲットの周縁の
かなりの部分に沿ってマイクロ波を導入する請求項１に
記載のプラズマ発生器。
【請求項５】上記導波器の端は、上記ターゲットが配
置されている上記真空室の壁と同一の壁に結合されてい
る請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項６】上記プラズマ発生器は、上記ターゲット
に近接した上記真空室内に配置されているサブストレー
トホールダをも含んでいる請求項１に記載のプラズマ発
生器。
【請求項７】上記真空室は、壁を有する環と、上記環と上記真空室の表面との組合わせによって限定さ
れているマイクロ波分配チャネルと、を含み、上記マイクロ波導入窓は、上記環の上記壁内に配置され
ていて上記チャネルからのマイクロ波を通過させること
が可能であり、上記環は上記ターゲットの周縁の周囲を
伸びており、それによってマイクロ波が上記ターゲット
の上記面を横切るように導入される請求項１に記載のプ
ラズマ発生器。
【請求項８】上記環は、上記環の壁を通って伸びる複
数のマイクロ波導入窓を含んでいる請求項７に記載のプ
ラズマ発生器。
【請求項９】上記プラズマ発生器は、複数のマイクロ
波導入窓に向かう複数の導波器を含んでいる請求項１に
記載のプラズマ発生器。
【請求項１０】上記プラズマ発生器は、上記複数の導
波器へマイクロ波を供給する単一のマイクロ波源を含ん
でいる請求項９に記載のプラズマ発生器。
【請求項１１】プラズマ発生器であって、プラズマ発生領域と、少なくとも１つの導波器とを有す
る真空室を備え、上記導波器は上記真空室に通じてお
り、上記導波器は上記導波器の一方の端を上記プラズマ
発生領域付近の上記真空室に結合しているマイクロ波導
入窓を有し、上記真空室は上記導波器から導入されるマ
イクロ波に共振状態を生じさせるための空洞を限定する
壁を有し、そして上記真空室は上記プラズマ発生領域に
通じているガス導入入口を有し、周縁と、１つの面とを有するターゲットをも備え、上記
ターゲットは上記真空室の壁の１つの上に配置されてい
て上記プラズマ発生領域に曝されている面を有し、上記ターゲットの上記面を横切って伸びる成分を有する
磁力線を発生する磁界発生器をも備えている、ことを特
徴とするプラズマ発生器。
【請求項１２】上記マイクロ波導入窓は、上記ターゲ
ットの上記面上のどの点からも直線では到達しない上記
真空室内の位置に配置されている請求項１１に記載のプ
ラズマ発生器。
【請求項１３】上記磁界発生器は、上記プラズマ発生
器の動作中にプラズマに曝されない上記ターゲットの表
面に接して位置決めされている請求項１１に記載のプラ
ズマ発生器。
【請求項１４】上記磁界発生器は、上記ターゲットに
ほぼ垂直な上記真空室の壁に沿って配置されている請求
項１１に記載のプラズマ発生器。
【請求項１５】複数の導波器を、上記ターゲットの周
縁の周囲の複数の位置からマイクロ波を導入するように
した請求項１１に記載のプラズマ発生器。
【請求項１６】上記複数の導波器の端は、上記ターゲ
ットが配置されている上記真空室の壁と同一の壁に結合
されている請求項１５に記載のプラズマ発生器。
【請求項１７】上記プラズマ発生器は、上記ターゲッ
トに近接した上記真空室内に配置されているサブストレ
ートホールダをも含んでいる請求項１１に記載のプラズ
マ発生器。
【請求項１８】上記真空室は、壁を有する環と、上記環の壁内に配置され、マイクロ波を通過させること
ができるマイクロ波導入窓と、を含み、上記環は上記ターゲットの周縁の周囲を伸びており、そ
れによってマイクロ波が上記ターゲットの上記面を横切
るように導入される請求項１１に記載のプラズマ発生
器。
【請求項１９】上記プラズマ発生器は、上記環と上記
真空室の表面との組合わせによって限定されるマイクロ
波分配チャネルを含む請求項１８に記載のプラズマ発生
器。
【請求項２０】プラズマ発生器であって、プラズマ発生領域と、少なくとも１つの導波器とを有す
る真空室を備え、上記導波器は上記真空室に通じてお
り、上記導波器は上記導波器の一方の端を上記プラズマ
発生領域付近の上記真空室に結合しているマイクロ波導
入窓を有し、上記真空室は上記導波器から導入されるマ
イクロ波に共振状態を生じさせるための空洞を限定する
壁を有し、そして上記真空室は上記プラズマ発生領域に
通じているガス導入入口を有し、周縁と、１つの面とを有するターゲットをも備え、上記
ターゲットは上記真空室の壁の１つの上に配置されてい
て上記プラズマ発生領域に曝されている面を有し、上記
導波器は上記ターゲットの周縁付近の上記真空室に結合
され、上記真空室内に配置され、上記ターゲットと対面し、上
記ターゲットの上記面とほぼ平行な位置にあるサブスト
レートホールダをも備え、上記サブストレートホールダ
はサブストレートを支持し、上記ターゲットと上記サブストレートホールダとの間の
上記プラズマ発生領域内に磁界を確立する手段をも備
え、上記磁界手段は上記ターゲットの背後の上記真空室
の壁の１つの上に位置決めされている、ことを特徴とす
るプラズマ発生器。
【請求項２１】上記導波器の端は、上記ターゲットが
配置されている上記真空室の壁と同一の壁に結合されて
いる請求項２０に記載のプラズマ発生器。
【請求項２２】上記マイクロ波導入窓は、上記ターゲ
ットのどの点からも直線では到達しない上記真空室内の
位置に配置されている請求項２０に記載のプラズマ発生
器。
【請求項２３】上記導波器は、上記ターゲットの周縁
のかなりの部分に沿って上記ターゲットの上記面を横切
るマイクロ波を導入する請求項２０に記載のプラズマ発
生器。
【請求項２４】上記真空室は壁を有する環を含み、上
記マイクロ波導入窓は上記環の上記壁内に配置されてい
てマイクロ波を通過させることが可能であり、上記環は
上記ターゲットの周縁の周囲を伸びており、それによっ
てマイクロ波が上記ターゲットの上記面を横切るように
導入される請求項２０に記載のプラズマ発生器。
【請求項２５】上記プラズマ発生器は、上記環と上記
真空室の表面との組合わせによって限定されるマイクロ
波分配チャネルを含み、上記導波器が上記環の上記マイ
クロ波導入窓を通過したマイクロ波を上記マイクロ波分
配チャネルへ導くようにした請求項２４に記載のプラズ
マ発生器。
【請求項２６】周縁と、１つの面とを有するターゲッ
トに近接して真空室内にプラズマを発生させる方法であ
って、上記ターゲットの上記面の近傍にガスを供給する段階
と、上記ターゲットの周縁の周囲の複数の位置からマイクロ
波を導入し、上記ターゲットの上記面を横切るプラズマ
を発生させるように上記マイクロ波を導く段階と、を含
んでいることを特徴とする方法。
【請求項２７】上記ターゲットの非スパッタリング表
面に接して位置決めされている磁界発生器から磁界を発
生させる段階をも含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】部分的に上記ターゲットの周縁に沿っ
て位置決めされている磁界発生器から磁界を発生させる
段階をも含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】上記真空室内に配置され、上記ターゲ
ットに対面しているサブストレートホールダを、上記タ
ーゲットの上記面とほぼ平行な位置に整列させる段階
と、上記ターゲットの上記面と上記整列したサブストレ
ートホールダとの間に向けてマイクロ波を導入する段階
をも含む請求項２６に記載の方法。