(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスから形成されるプラズマによって少なくとも物品の表面を処理する装置であって、
処理空間を画成すると共に、前記プラズマによって前記物品を処理するために前記処理ガスを前記処理空間内へ導入するための少なくとも１つの入口ポートを有する処理室と、
前記処理室の一端に連結されて前記処理室を密閉し、また前記プラズマの形成を誘起させるプラズマ発生源であって、前記プラズマ発生源が、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有している誘電プレートと、
前記処理室の外部に配置された電気エネルギー供給源であって、前記電気エネルギー供給源は誘導コイルの第１及び第２のリードを経て電流を刺激して前記誘電プレートを経て前記処理空間にエネルギーを与え、前記処理ガスと相互作用させて前記プラズマを形成するためのものであり、前記誘導コイルは各々前記リードの一つを包囲する少なくとも２つの螺旋部分を有し、これらの部分は前記誘導コイルの少なくとも１点のまわりで対称的であること、また前記誘導コイルは前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記処理室の内部に前記プラズマを形成して前記物品の表面に衝突させ、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記電気エネルギー供給源とを含んでいる処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された処理装置であって、電気エネルギー発生源が第１の無線周波数電源を含んで成る処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載された処理装置であって、前記第１の無線周波数電源が２〜13.56MHzの周波数範囲で作動する処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載された処理装置であって、前記誘導コイルのインピーダンスと前記第１の無線周波数電源とを整合させるために前記誘導コイルに接続された回路をさらに含む処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路がＬ形回路を含んで成る処理装置。
【請求項６】
請求項４に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が前記第１の無線周波数電源に接続された第１端子および前記誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子を有し、これにより電流が前記コイルの前記第１リードから前記コイルの前記第２リードへ流れるようにされている処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載された処理装置であって、前記誘導コイルの前記第２リードが接地されている処理装置。
【請求項８】
請求項４に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が前記第１の無線周波数電源に接続された第１端子、前記誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子、および前記誘導コイルの前記第２リードに連結された第３端子を有している処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載された処理装置であって、前記誘導コイルがその前記少なくとも２つの螺旋部分が対称的となる前記点において前記インピーダンス整合回路を経て接地されており、これにより第１の電流が前記誘導コイルの前記第１リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れ、第２の電流が前記誘導コイルの前記第２リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れる処理装置。
【請求項１０】
請求項８に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が変成器を含んで成る処理装置。
【請求項１１】
請求項10に記載された処理装置であって、前記変成器が接地された中央タップを有している処理装置。
【請求項１２】
請求項４に記載された処理装置であって、
前記物品を支持するために前記処理室内に配置された支持部と、
前記物品を無線周波数エネルギーでバイアスするために前記支持部に接続された第２無線周波数電源とをさらに含んで成る処理装置。
【請求項１３】
請求項12に記載された処理装置であって、絶縁キャパシタをさらに含み、前記第２無線周波数電源が前記絶縁キャパシタを経て前記物品をバイアスする処理装置。
【請求項１４】
請求項12に記載された処理装置であって、前記第２無線周波数電源が周波数13.56MHzで作動する処理装置。
【請求項１５】
処理ガスから形成されたプラズマで少なくとも物品の表面を処理する装置であって、
処理空間を画成すると共に、前記プラズマによって前記物品を処理するために前記処理ガスを前記処理空間内へ導入するための少なくとも１つの入口ポートを有する処理室と、
前記処理室の一端に連結されて前記処理室を密閉し、また前記プラズマの形成を誘起させるプラズマ発生源であって、前記プラズマ発生源は、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有している誘電プレートと、
第１及び第２のリードを有し、各々前記リードの一つを包囲する２つの螺旋部分を有して、これらが実質的に平坦な誘導コイルの少なくとも１点のまわりで対称的になっている前記実質的に平坦な１つの誘導コイルであって、
前記処理室の外部で前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記誘電プレートを経て前記処理室にエネルギーを伝達して前記処理室の内部に前記プラズマを形成して、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記実質的に平坦な誘導コイルとを含んでいる処理装置。
【請求項１６】
請求項15に記載された処理装置であって、前記実質的に平坦な誘導コイルにエネルギーを与えるための無線周波数電源をさらに含んでいる処理装置。
【請求項１７】
請求項16に記載された処理装置であって、前記実質的に平坦な誘導コイルのインピーダンスと前記無線周波数電源とを整合させるために前記実質的に平坦な誘導コイルに接続された回路をさらに含んでいる処理装置。
【請求項１８】
請求項17に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が前記無線周波数電源に接続された第１端子、および前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子を有し、これにより電流が前記コイルの前記第１リードから前記コイルの前記第２リード流れるようにされている処理装置。
【請求項１９】
請求項18に記載された処理装置であって、前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第２リードが接地されている処理装置。
【請求項２０】
請求項17に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が前記第１の無線周波数電源に接続された第１端子、前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子、および前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第２リードに連結された第３端子を有している処理装置。
【請求項２１】
請求項20に記載された処理装置であって、前記実質的に平坦な誘導コイルがその前記少なくとも２つの螺旋部分が対称的となる前記点において前記インピーダンス整合回路を経て接地されており、これにより第１の電流が前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れ、第２の電流が前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第２リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れる処理装置。
【請求項２２】
請求項17に記載された処理装置であって、前記インピーダンス整合回路が変成器を含んで成る処理装置。
【請求項２３】
処理室内部に配置された少なくとも物品の表面を処理するためのプラズマを前記処理室内部に形成するプラズマ発生源であって、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有する誘電プレートと、
前記処理室の外部に配置された電気エネルギー供給源であって、前記電気エネルギー供給源は誘導コイルの第１及び第２のリードを経て電流を刺激して前記誘電プレートを経て前記処理空間にエネルギーを与え、前記処理ガスと相互作用させて前記プラズマを形成するためのものであり、前記誘導コイルは各々前記リードの１つを包囲する少なくとも２つの螺旋部分を有し、これらの部分は前記誘導コイルの少なくとも１点のまわりで対称的であること、また前記誘導コイルは前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記処理室内部に高密度プラズマを形成して前記物品の表面に衝突させ、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記電気エネルギー供給源とを含んでいるプラズマ発生源。
【請求項２４】
請求項23に記載されたプラズマ発生源であって、電気エネルギー源が第１無線周波数電源を含むプラズマ発生源。
【請求項２５】
請求項24に記載されたプラズマ発生源であって、前記誘導コイルのインピーダンスと前記第１無線周波数電源とを整合させるために前記誘導コイルに接続された回路をさらに含むプラズマ発生源。
【請求項２６】
請求項25に記載されたプラズマ発生源であって、前記インピーダンス整合回路が前記無線周波数電源に接続された第１端子、および前記誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子を有しているプラズマ発生源。
【請求項２７】
請求項26に記載されたプラズマ発生源であって、前記誘導コイルの前記第２リードが接地されているプラズマ発生源。
【請求項２８】
請求項25に記載されたプラズマ発生源であって、前記インピーダンス整合回路が前記第１無線周波数電源に接続された第１端子、前記誘導コイルの前記第１リードに接続された第２端子、および前記誘導コイルの前記第２リードに連結された第３端子を有しているプラズマ発生源。
【請求項２９】
請求項28に記載されたプラズマ発生源であって、前記誘導コイルがその前記少なくとも２つの螺旋部分が対称的となる前記点において前記インピーダンス整合回路を経て接地されており、これにより第１の電流が前記誘導コイルの前記第１リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れ、第２の電流が前記誘導コイルの前記第２リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れるプラズマ発生源。
【請求項３０】
請求項25に記載されたプラズマ発生源であって、前記インピーダンス整合回路が変成器を含んで成るプラズマ発生源。
【請求項３１】
請求項30に記載されたプラズマ発生源であって、前記変成器が接地された中央タップを有しているプラズマ発生源。
【請求項３２】
処理室内部に配置された少なくとも物品の表面を処理するためのプラズマを前記処理室内部に形成するプラズマ発生源であって、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有する誘電プレートと、
第１及び第２のリードを有する実質的に平坦な誘導コイルであって、その第１部分が前記第１リードを包囲する第１螺旋部を含み、その第２部分が前記第２リードを包囲する前記第１螺旋部分と実質的に同じ第２螺旋部分を含んで成る実質的に平坦な１つの誘導コイルであって、前記実質的に平坦な誘導コイルが「Ｓ字形」パターンを形成しており、また前記実質的に平坦な誘導コイルが前記処理室外部の前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記誘電プレートを経て前記処理空間へエネルギーを伝達して前記処理室の内部に前記プラズマを形成して、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記実質的に平坦な誘導コイルとを含んで成るプラズマ発生源。
【請求項３３】
少なくとも物品表面をプラズマで処理する方法であって、
処理ガスを導入する少なくとも１つの入口ポートを有する処理室内部に前記物品を配置する段階と、
制御された作動圧力の前記処理ガスを前記処理室内部に導入する段階と、
前記処理室の一端にプラズマ発生源を連結して、前記処理室を密封すると共に、前記プラズマの形成を誘起させる段階とを含み、前記プラズマ発生源は、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有している誘電プレートと、
第１と第２のリードを有し、各々が前記リードの一つを包囲する少なくとも２つの螺旋部分であって、実質的に平坦な誘導コイルの少なくとも１点のまわりで対称的な２つの螺旋部分を有して成る前記実質的に平坦な１つの誘導コイルであって、前記処理室の外部で前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記誘電プレートを経て前記処理室にエネルギーを伝達して前記処理室の内部で前記プラズマを形成して、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記実質的に平坦な誘導コイルとを含んでなる物品の表面をプラズマで処理する方法。
【請求項３４】
請求項33に記載された方法であって、前記実質的に平坦な誘導コイルにエネルギーを与えるために無線周波数電源を連結する段階をさらに含む方法。
【請求項３５】
請求項34に記載された方法であって、前記無線周波数エネルギー源が２〜13.56MHzの周波数範囲で作動する方法。
【請求項３６】
請求項34に記載された方法であって、
前記無線周波数電源にインピーダンス整合回路の第１端子を接続する段階と、
前記インピーダンス整合回路の第２端子を前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードに連結し、これにより電流が前記コイルの前記第１リードから前記コイルの前記第２リードへ流れるようにさせる段階とをさらに含む方法。
【請求項３７】
請求項36に記載された方法であって、前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第２リードを接地させる段階をさらに含む方法。
【請求項３８】
請求項34に記載された方法であって、
前記無線周波数電源にインピーダンス整合回路の第１端子を接続する段階と、
前記インピーダンス整合回路の第２端子を前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードに連結する段階と、
前記インピーダンス整合回路の第３端子を前記実質的に平坦な誘導コイルの第２リードに連結する段階とをさらに含む方法。
【請求項３９】
請求項38に記載された方法であって、前記実質的に平坦な誘導コイルをその前記少なくとも２つの螺旋部分が対称的となる前記点において前記インピーダンス整合回路を経て接地させ、これにより第１の電流が前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第１リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れ、第２の電流が前記実質的に平坦な誘導コイルの前記第２リードから前記インピーダンス整合回路へ向かって流れるようにさせる段階をさらに含む方法。
【請求項４０】
処理ガスから形成されるプラズマによって少なくとも物品の表面を処理する装置であって、
処理空間を画成すると共に、前記プラズマによって前記物品を処理するために前記処理ガスを前記処理空間内へ導入するための少なくとも１つの入口ポートを有する処理室と、
前記処理室の一端に連結されて前記処理室を密閉し、また前記プラズマの形成を誘起させるプラズマ発生源であって、前記プラズマ発生源が、
前記処理室の内壁面の一部を形成する第１面を有している誘電プレートと、
第１及び第２のリードと、前記第１リードを包囲する第１螺旋部分を含む第１部分と、前記第２リードを包囲する第２螺旋部分を含む第２部分とを有する実質的に平坦な１つの誘導コイルであって、前記第１および第２螺旋部分は実質的に同じで連続した「Ｓ字形」を形成しており、また前記実質的に平坦な誘導コイルが前記処理室外部の前記誘電プレートの第２面上に配置され、前記誘電プレートを経て前記処理空間へエネルギーを伝達して前記処理空間内に前記プラズマを形成して、前記物品の表面の全域で実質的に一様な処理速度を生じさせるようになす前記実質的に平坦な誘導コイルとを含んで成る処理装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1.発明の分野
本発明はマイクロエレクトロニクス（超小型電子技術）による製造法のような材料処理法に関する。さらに詳しくは、本発明は高密度プラズマで物品を処理するために独特の誘導コイルを含んで成る方法および装置に関する。
2.一般的背景
半導体の製造処理にガスプラズマを使用することは周知である。一般に処理されるウェーハは、ウェーハと平行に配向される２つの反対電極を有する室内に置かれる。その後この室は予め定めた真空レベルとなるまで真空排気され、そしてアルゴンのような低圧供給ガスが室内に導入される。供給ガスが室内に導入されたならば、典型的には無線周波数（RF）範囲の電界が２つの電極間に加えられる。この無線周波数の電界は電極間に電子流を誘起し、陰極から放出された高エネルギー電子（energetic electrons）が中性ガスの原子または分子と衝突して中性ガスをイオン化して、陰極の近くにガスプラズマ（すなわちグロー放電）を形成する。このガスプラズマのイオンはその後にエッチング、蒸着（deposition）、またはそれらの処理法と同様な方法によるウェーハ処理に使用される。
高密度プラズマ発生源は材料処理、特にイオン注入（ion implantation）、エッチングおよび蒸着のようなマイクロエレクトロニクス製造法にますます多くの応用例が見出されている。それらの発生源には、電子サイクロトロン共鳴（ECR）、ヘリコン波、および誘導結合（ICP）または変成器結合（TCP）されたプラズマ発生源がある。これらの発生源は、200mmまでの直径を有する現在の超大規模集積回路（VLSI）および300mm程度の直径を有する将来の極超大規模集積回路（ULSI）の製造において望まれ得る高速処理を得るために、低圧（しばしば2.7×10-5kg/cm2（２×10-2Torr）未満）で高密度プラズマを発生させることができる。
ほとんど全ての材料処理の応用例において、また特に集積回路を形成するような半導体基材すなわちウェーハのエッチングおよび蒸着において、例えばウェーハ面積部分においてエッチングおよび蒸着処理が一様に行われることを保証するためには、処理すべき基材の表面に沿ってプラズマが一様であることが非常に重要となる。さらに、ウェーハ面積部分に沿ってプラズマ処理が一様に行われるのを保証することは、ウェーハ上の細線による幾何学形状の限界寸法を制御するうえで重要である。
最近、比較的一様なプラズマを発生させることができる誘導結合（ICP）（および変成器結合（TCP））によるプラズマ発生源が紹介されている。このような誘導結合（ICP）（および変成器結合（TCP））によるプラズマ発生源の或るものは、図１に見られるように螺旋アンテナすなわち誘導コイルの幾何学形状を基本としている。先行技術の誘導結合（ICP）回路においては、作動周波数13.56MHzの電力を選択的に供給する接地された無線周波数（RF）電源10は、インピーダンス整合回路14を経て誘導コイル20のリード12に電力を供給しており、リード16は接地（図２）されている。誘導コイル20は自己の周囲に、供給された無線周波数（RF）エネルギーの周波数で時間的に変動する磁界を発生する。この時間的に変動する磁界は、周知のマックスウェルの方程式の１つ、ΔxE＝−∂B/∂ｔ、によってプラズマ室（図示せず）内に電界を誘起する。したがって回路がこの時間的に変動する磁界の作用を受けるとその回路に電流が誘起されるのであり、図１の誘導コイル20の場合には発生した電流は特定瞬時に図２に示された方向へ流される。（当業者には認識されるように、従来一般に受入れられている手法により、×を○で囲んだ記号
0003653524.tif 000002
は電流が紙面へ向かって流れ込むことを示するに対して、・を○で囲んだ記号
0003653524.tif 000003
は電流が紙面から流れ出すことを示している。したがって図１に関しては、誘導結合（ICP）された誘導コイルを流れる発生電流は、経路BCDに沿って流れる）。
しかしながら、無線周波数（RF）電源10が誘導コイル20に接続されるという方法のために、誘導コイル20の平面に沿ってリード12からリード16までの間で正味電圧降下が生じることも認識されよう。このような正味電圧降下は誘導コイル20を通る非対称な電流供給によって生じる。さらに詳しくは、電流が一方のリードから他方のリードへ誘導コイル20を経て流されるとき、プラズマと誘導コイル20との間が誘導結合であるために、幾分かの電力は周囲のプラズマへ向けて失われる。リード12とリード16との間における電力のこの差は、図２に示された方向におけるリード間の電圧に対応した差を生じることになる。このような電圧は、プラズマの一様性に、それ故にプラズマ処理に、望ましくない劣化を生じることになる。
図１および図２の先行技術のコイルによって生じる他の問題は、プラズマとコイルとの間に生じる容量結合である。この容量結合は、プラズマシース電圧（すなわち、陰極表面とその陰極付近のグロー放電（すなわちプラズマ）との間の領域であるプラズマシースを横断しての電圧降下）に望ましくない上昇を生じる。プラズマシース電圧の上昇はさらにイオンを基材に衝突させるエネルギー量を増大し、これはしばしば処理時に損傷する装置数を増大させることになる。容量結合の影響を最小限とするために、ファラデーシールドが先行技術のコイルを有する装置にしばしば使用されている。このようなシールドは、装置の或る方向の電界したがって電圧を幾分か減少してそのような容量結合を最小化させるために、一般に誘導コイル20の直ぐ下側に配置される。しかしながらファラデーシールドは費用および複雑さを処理装置全体に加えるので、経済面および全体的な製造上の展望の面から望ましくない。
このようにして、大きな表面積を有する材料、特に大きな表面積を有する半導体基材に沿って（即ち、全域で）低圧で一様な高密度プラズマを形成することのできる効率的で低費用のプラズマ発生源を提供することが望ましい。
発明の概要
したがって本発明の１つの目的は、材料処理装置において、半導体ウェーハのような大きな表面積を有する材料に沿って一様性が向上された高密度プラズマを形成することである。
本発明の他の目的は、材料処理装置において、半導体ウェーハのような材料の表面におけるプラズマ処理の一様性を向上させることである。
本発明のさらに他の目的は、半導体ウェーハの表面におけるプラズマ処理の一様性を向上させる独特な誘導コイルを材料処理装置に備えることである。
本発明のさらに他の目的は、半導体ウェーハや他の材料の処理時に発生し得る損傷装置の発生数を減少させるために、プラズマと誘導コイルとの間の容量結合を最小化させる独特な誘導コイルを材料処理装置に備えることである。
本発明のさらに他の目的は、プラズマと誘導コイルのとの間の容量結合を最小化させ、これにより材料処理装置の費用および複雑さを減少させる独特の誘導コイルを材料処理装置に備えることである。
本発明のさらに他の目的は、材料処理装置における先行技術の誘導コイルの平面内で生じる正味電圧降下を解消し、それ故に半導体ウェーハのような処理される材料の表面におけるプラズマ処理の一様性を向上させるために、独特な誘導コイルおよびおよびそれに接続されたインピーダンス整合回路を材料処理装置に備えることである。
それ故に、本発明の１つの概念によれば、処理室内に置かれた物品の少なくとも表面を処理するようなプラズマをその処理室内に発生させるためのプラズマ発生源が提供される。このプラズマ発生源は、第１面が処理室の内壁面の一部を形成する誘導プレートを含み、またこの誘電プレートを経て処理室内部にエネルギーを与えるために、処理室外部に配置された電気エネルギー源をさらに含む。好ましい実施例において、電気エネルギー源は無線周波数電源と実質的に平坦な誘導コイルとを含んで成り、誘導コイルは実質的に平坦なその誘導コイルの少なくとも一点のまわりに対称的な少なくとも２つの螺旋部分を有している。実質的に平坦な誘導コイルは誘電プレートの第２面上に配置され、これにより処理室の内部に高密度プラズマを形成し、その表面に衝突して物品表面に沿って実質的に一様な処理速度を生じるようにさせる。
本発明の他の概念によれば、実質的に平坦な誘導コイルを含んで成るプラズマ発生源は、処理ガスから形成されたプラズマによって少なくとも物品の表面を処理する装置に使用される。このような装置はスパッターエッチング装置とされることができ、この装置は処理室を含んで成り、処理室は処理空間を画成すると共に、プラズマによって物品を処理するために処理ガスを処理空間内へ導入するための少なくとも１つの入口ポートを有している。本発明のプラズマ発生源は処理室の一端に連結されて処理室を密閉し、処理室内にプラズマの形成を誘起させ、これによりその表面に衝突して物品表面に沿って実質的に一様な処理速度を生じさせることを含む。
本発明のさらに他の概念によれば、インピーダンス整合回路は本発明のプラズマ発生源と無線周波数電源との間に接続され、誘導コイルとこの無線周波数電源との間に最大限の電力伝達を与えるようになされる。好ましい実施例において、本発明の誘導コイルはインピーダンス整合回路に接続された第１および第２リードを有しており、さらにまたこのインピーダンス整合回路を経て、誘導コイルの２つの部分が１点のまわりで対称的となるようなその１点において接地されている。これが、これまでの平坦な誘導コイルの平面を横断して生じる正味電圧降下を減少し、これによりプラズマならびにプラズマ処理の一様性を向上させる。
新規であると考えられる本発明の特徴は、添付された請求の範囲の欄に詳細に記載されている。しかしながら本発明そのものは、添付図面に関連した以下の説明を参照することで最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
図１は先行技術の誘導結合されたプラズマ発生源（ICP）の誘導コイルを示す。
図２は図1aの線AA'に沿う誘導コイルの横断面概略図を示し、この図はまた変動磁界を形成するためにこのコイルに無線周波数（RF）電源を接続する従来方法、コイルを通る電流の流れ方向、および無線周波数（RF）電源がコイルに接続される方法により生じる正味電圧降下の方向を破線で示す。
図３は本発明の誘導結合されたプラズマ発生源（ICP）の１つの実施例を示す。
図4aは図３の線AA'に沿う誘導コイルの横断面概略図を示し、この図はまた本発明の１つの実施例によるインピーダンス整合回路を経て誘導コイルに無線周波数（RF）電源を接続する概略図も示す。
図4bは図３の線AA'に沿う誘導コイルの横断面概略図を示し、この図はまた本発明の他の実施例による誘導コイルに無線周波数（RF）電源を接続する概略図も示す。
図５は図３の誘導結合（ICP）された誘導コイルを使用するスパッターエッチング装置の概略図を示す。
図6aは図５のスパッター装置の周囲に配置され、プラズマの一様性をさらに向上させるのに使用された複磁極構造の概略図を示す。
図6bは複磁極構造の磁力線に沿うプラズマ電子の移動路の概略図を示している図6aの複磁極の拡大部分96の頂平面図である。
発明の詳細な説明
図３を参照して見られるように、本発明の誘導コイル30は第１リード32および第２リード34を有するコイルである。さらに詳しくは、誘導コイル30は第１部分36および第２部分38を有する連続「Ｓ字形」コイルとして想定することができ、この各部分は螺旋形すなわちインボリュート形に巻かれている。部分36,38は実質的に同じとされ、誘導コイル30の少なくとも中央点40のまわりに対称的であるのが好ましい。（図３では、部分36,38の各々は３つの周回部分を有しているのが見られるが、誘導コイル30における周回数は前述した説明のパラメータ内で変更することができることは認識されよう）。誘導コイル30は中空の銅製チューブで作られ、その内部を通して水が流されるのが好ましく、この水は誘導コイル30を冷却し、これと同時に無線周波数の電力がそれを通して伝達される。
図4aおよび図4bに見られるように、図３の誘導コイル30は無線周波数（RF）エネルギー電源44に接続され、そこからエネルギーを受取るようにできる。図4aに示される実施例において、リード34は接地される一方、リード32はインピーダンス整合回路42を経て無線周波数（RF）エネルギー電源44に接続されており、インピーダンス整合回路42は無線周波数（RF）エネルギー電源44と誘導コイル30との間で最大限の電力伝達を可能にするように設計されている。インピーダンス整合回路42は通常のＬ形またはΠ形の回路のいずれかとされるが、回路のＱ係数が大きいこと、調波の抑制が良好なこと、したがって誘導コイル30からプラズマに電力が効率的に伝達されることに照らしてＬ形回路が好ましい。それ故に図4aに示す実施例では、発生した電流は誘導コイル30を通ってリード32からリード34へと経路EFGHIに沿って流れる。
図３の誘導コイルは図4aに見られるように無線周波数（RF）エネルギー電源44に接続できるが、この電源に対しては図4bに示されるように接続されるのが好ましい。この実施例では、リード32はインピーダンス整合回路42の第１端子に接続される一方、リード34はインピーダンス整合回路42の第２端子に接続されている。再び述べるが、インピーダンス整合回路はＬ形またはΠ形の回路のいずれかとされるが、Ｌ形回路の方が好ましい。非対称の供給が望まれるならば、インピーダンス整合回路42の最終段階は中央接地の、すなわち誘導コイル30の点40が接地（図５点線で示されている）された変成器とされ得る。（これに代えて変成器は無線周波数（RF）電源44に接続された中央タップを有することができ、リード32,34は接地される）。この回路構成により、第１電流はリード32からインピーダンス整合回路42へ向かって移動路EFGに沿って誘導コイル30を流れる。さらに、第２電流はリード34からインピーダンス整合回路42へ向かって移動路IHGに沿って流れる（図4b）。
電流は提供された誘導コイル30の２つの反対方向に巻かれた部分36,38の各々を通って反対方向へ向かって流れるので（図4b）、これにより発生される電界は互いに打ち消し合い、コイルとプラズマとの間の容量結合を最小化させることが認識されよう。それ故に、最小化された容量結合によってプラズマシース電圧降下が減少され、したがって処理時に発生し得る損傷装置の数が減少される。さらに、最小化された容量結合は、図１の先行技術の誘導コイル20に関連して使用されるようなファラデーシースの必要性をなくす。ファラデーシースの削除は誘導コイルおよび付属回路の費用および複雑さを減少させる。さらに、本発明の誘導コイル30が実質的に平坦とされる設計に照らして、このような誘導コイル30は、マイクロエレクトロニクス工業界で300mmウェーハを処理する応用例のように、大面積を処理するように容易に尺度を定めることができる。
さらに、図4bの整合ネットワークすなわちインピーダンス整合回路42を経て誘導コイル30に電流を対称的に供給する理由で、図１の先行技術の誘導コイル20の平面に沿って通常は生じる正味電圧降下が排除される。これにより非容量性のプラズマ、したがって低いプラズマシース電圧が形成される。先に説明したように、低いプラズマシース電圧は基材に対してイオンを衝突させるエネルギー量を減少し、したがって処理時に発生する損傷装置の数を改善する。
本発明の誘導コイル30の適用は、図５のスパッターエッチング装置における使用を参照して説明される。誘導コイル30の適用例の説明はスパッターエッチング装置60に関して与えられるが、誘導コイル30の使用はこれに限定されず、イオン注入やプラズマ蒸着のような先行技術で周知の他の材料処理の適用例において使用できることが理解されよう。
スパッターエッチング処理は、帯電ガスプラズマのイオン化粒子を使用して基材すなわちウェーハの表面に衝突させ、これにより基材から粒子を放出すなわち「スパッター（飛散）」させることは周知である。さらに詳しくは、スパッターエッチング処理時に基材すなわちウェーハ62は装置60のスパッターエッチング室61の一端で支持台64上に置かれ、また静電チャックすなわちウェーハクランプ66を使用して所定位置に保持されるのが好ましい。その後、例えば周波数13.56MHzの無線周波数電力が供給源70から付与されることで、支持基部64上に置かれたウェーハ台68を横断してバイアス電圧が印加される。絶縁キャパシタ72が無線周波数供給源70とウェーハ台68との間に接続され、無線周波数供給源70から無線周波数信号のDC成分を遮断するようになされる。円筒形の石英スリーブ74がスパッターエッチング室61の内径面の内側に挿入されて、ウェーハ62から放出された材料から室壁面を保護するようになされる。この石英スリーブ74は定期的な間隔の保守において清浄とされ、または交換される。
誘電プレート76および本発明の誘導コイル30（図３）を含んで成るプラズマ発生源はスパッターエッチング室61の他端または頂端に配置される。ウェーハ台68から７〜20cmの距離に配置されるのが好ましい誘電プレート76はスパッターエッチング室61の金属製室壁面78に結合され、気密な真空シールを形成する。図５から分かるように、誘導コイル30は誘電プレート76上に直接に係止され、それらの両方とも実質的に平坦であるのが好ましい。しかしながら誘電プレート76はスパッターエッチング室61の内部へ向かって突出する一般に凸状の内面と、一般に凹状の外面とを有し、その誘導コイル30の形状は本発明の出願人に譲渡されている「誘導ポケットおよび形成されたプラズマ発生源とを有するスパッターエッチング装置」と題するガンバリ氏に付与された米国特許出願第08/410362号明細書に一層詳細に説明されている。
作動に置いて、スパッターエッチング室61は分子ポンプすなわち低温ポンプ（図示せず）によって例えば1.36×10-10kg/cm2（１×10-7Torr）の基本真空レベルまでポンプ排気され、そしてプラズマガス、好ましくはパッターエッチングの適用例においてはアルゴンガスが、典型的に10〜100sccmの流量にてスパッターエッチング室61の頂部付近のガス供給入口ポート80を通して導入されて、典型的に1.36×10-6〜54.4×10-6kg/cm2（１×10-3〜40×10-3Torr）の作動圧力を形成するようになされる。この作動圧力は、スパッターエッチング室61における供給ガスの滞留時間を制御するゲートバルブ機構（図示せず）によって制御される。
安定作動圧力が得られたならば、無線周波数電源44からの電力がインピーダンス整合回路42（図4bのインピーダンス整合回路42であるのが好ましいが、図4aのインピーダンス整合回路とされることができる）を経て誘導コイル30に付与される。無線周波数電源44は作動周波数が２〜13.56MHzのそのような電力を供給する。上述で説明したように、誘導コイル30を経た無線周波数エネルギーは誘導コイル30の直ぐ近くに時間的に変動する磁界を形成し、この磁界は方程式ΔxE＝−∂B/∂ｔに従ってスパッターエッチング室61の内部に電界Ｅを誘起させる。この誘起された電界Ｅは、周囲に存在する宇宙線および他の電磁発生源によって中性ガスがイオン化される結果として、スパッターエッチング室61の内部に滞留している少数の電子を加速する。加速された電子はガスの中性分子に衝突して、イオンおよび更なる電子を発生させる。この処理は継続し、電子およびイオンの電子なだれを形成する。このようにして誘電プレート76の下側の誘導コイル30の面積部分においてスパッターエッチング室61の内部にプラズマを形成する。その後プラズマは拡散し、スパッターエッチング室61を充満する。
ウェーハ台68へ向かってプラズマが拡散すると、プラズマ中の、およびウェーハ台68の近くのガスイオン（例えばアルゴンイオン）は、それに容量結合された他の無線周波数（RF）供給源70によってウェーハ台68に発生されたバイアスにより加速される。加速されたアルゴンイオンはウェーハに衝突し、ウェーハ62から材料の幾分かを放出すなわち「スパッター（飛散）」させる。エッチングによる副産物は真空ポンプ（図示せず）によってスパッターエッチング室61からポンプ排出される。
スパッターエッチング装置60は、プラズマの一様性を向上させるために、図6aの点線で説明したように周囲に配置された複磁極構造90を有することができる。図6aに見られるように、複磁極構造90はスパッターエッチング装置60を取囲んでおり、垂直方向に整列された交互の磁極とされる細長い領域92,94を有するのが好ましい。スパッターエッチング装置60の頂部からウェーハ台68へ向かって見下ろしたときの部分96の拡大図が図6bに示されている。この複磁極構造90によって形成された磁界、すなわちマグネチック・カスプは、図6bに示されるように磁力線100に対する電子移動路102を制限しており、周知の「磁気ミラー」と同じ概念および原理のもとで作用する。この結果、スパッターエッチング室61における電子の滞留時間は増大され、内側の室を取囲む石英スリーブ74に対する電子の損失速度は減少される。電子損失速度の減少は、プラズマ密度が最も希薄となる傾向を示す誘導コイル30の境界面近くのプラズマ密度を増大させる。誘導コイル30の境界面でのプラズマ密度を増大させることにより、プラズマの一様性およびこの処理の一様性は向上される。
それ故に本発明によれば、目的、意図および利点を完全に満たす実施例が上述されたことは明白である。本発明は特定の実施例に関連して説明されたが、前述の説明に照らして当業者に多くの代替例、変更例、交換例および変形例が明白となることは明らかである。例えば、本発明の誘導コイルの適用例の説明はスパッターエッチング装置に関して与えられたが、本発明の誘導コイルの使用はこれに限定されず、例えばイオン注入やプラズマ蒸着のようなこの分野で周知の他の材料処理の適用例に使用できる。さらに、本発明の誘導コイルおよびそれを支持する誘電プレートは実質的に平坦であるのが好ましく、誘電プレートはスパッターエッチング室内に延在される一般に凸状の内面と、一般に凹状の外面とを有し、その形状に本発明の誘導コイルは追従する。他の実施例が当業者によって実現され得る。したがって、本発明は添付の請求の範囲に含まれるそのような全ての代替例、変更例および変形例を包含することが意図される。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図６ａ】
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【図５】
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【図６ｂ】
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