(57)【要約】【課題】処理チャンバ内で磁場を回転させるための方法を提供する。【解決手段】一実施形態において、処理チャンバ内で磁場を回転させるための方法は１次形状を有する磁場を形成し、１次形状を少なくとも２つの連続する移行形状に変化させ、移行形状を回転された１次形状へと変化させることを含む。任意で、各工程を通して磁場をほぼ一定の強度に維持する。任意で、１つ以上の磁場発生コイルに印加する１つの電流の最大値はゼロに等しい、或いはいずれの２つの隣り合う工程間でその極性は逆転する。【選択図】図２４
2014007160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内で磁場を回転させる方法であり、
第１の複数の磁場発生コイルとその周囲に配置された第２の複数の磁場発生コイルを有する処理チャンバを設け、
第１の複数の磁場発生コイルの少なくともサブセットを第２の複数の磁場発生コイルの少なくともサブセットと組み合わせて使用することでチャンバ内に一連の磁場形状のそれぞれを形成することを含み、
この一連の磁場形状が、
１次形状と、
少なくとも２つの連続移行形状と、
回転された１次形状を含み、
第１の複数の磁場発生コイルの１つ又はそれ以上に印加される１つの電流の最大値は、いずれの２つの隣り合う形状の移行の間に逆転する極性を有し、一連の磁場形状の各々の磁場の全体の強度を、ほぼ一定の強度に維持する方法。
【請求項２】
（ａ）第１の複数の磁場発生コイルが４つの主磁場発生コイルを含み、第２の複数の磁場発生コイルが主磁場発生コイルに近接して配置された４つの副磁場発生コイルを含み、
（ｂ）１次形状を有する磁場が、第１電流セットを複数の磁場発生コイルに供給して第１磁場形状を発生させることで形成され、
（ｃ）少なくとも２つの連続移行形状の１つ目が、複数の磁場発生コイルに続いて第２電流セットを供給して第１移行磁場形状を発生させることで形成され、
（ｄ）少なくとも２つの連続移行形状の２つ目が、複数の磁場発生コイルに続いて第３電流セットを供給して第２移行磁場形状を発生させることで形成され、
（ｅ）回転された１次形状が複数の磁場発生コイルに続いて第４電流セットを供給して第１磁場形状を約９０度回転させたものに対応する第２磁場形状を発生させることで形成される請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の複数の磁場発生コイルの１つ以上に印加される電流の最大値は、磁場形状の移行の間、ゼロに等しい請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
第１の複数の磁場発生コイルが４つの側部コイルを含み、第２の複数の磁場発生コイルが４つのコーナー部コイルを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
第１及び第２の複数の磁場発生コイルのそれぞれが独立した電流供給源に連結されている請求項２又は４記載の方法。
【請求項６】
各電流セットは、複数の磁場発生コイルの各自に連結された個々の電流供給源によってまとめて供給される請求項２記載の方法。
【請求項７】
回転された１次形状が１次形状に対して約９０度回転されたものである請求項１記載の方法。
【請求項８】
一連の磁場形状の形成を繰り返すことで、第１プラズマ処理中に、磁場を約９０度の増分ずつ連続的に回転させることを更に含む請求項２又は７記載の方法。
【請求項９】
少なくとも２つの連続した移行形状で磁場形状を変化させて第２プラズマ処理用の１次磁場形状を形成することで、第１プラズマ処理から第２プラズマ処理へと移行させることを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１の複数の磁場発生コイルが４つの第１の磁場発生コイルであり、第２の複数の磁場発生コイルが４つの第２の磁場発生コイルである請求項１記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの移行磁場形状が、
１次形状を少なくとも５つの連続移行形状へと変化させることを更に含む請求項１記載
の方法。
【請求項１２】
工程（ｃ）と（ｄ）との間に、
（ｆ）複数の磁場発生コイルに第５電流セットを続いて供給して第３の移行磁場を形成し、
（ｇ）複数の磁場発生コイルに第６電流セットを続いて供給して第４の移行磁場を形成し、
（ｈ）複数の磁場発生コイルに第７電流セットを続いて供給して第５の移行磁場を形成することを更に含む請求項２記載の方法。
【請求項１３】
第１の複数の磁場発生コイルが４つの側部磁場発生コイルを含み、第２の複数の磁場発生コイルが主磁場発生コイルに近接して配置された４つのコーナー部磁場発生コイルを含み、回転の間中、磁場強度がほぼ一定に維持される請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明はプラズマ強化型半導体基板処理システム、より具体的には磁気強化型プラズマリアクタにおいて磁場を成形するための方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
半導体ウェハ処理チャンバは、通常、プラズマを用いることでシリコン基板又はその他のワークピース上に半導体デバイスを構成するための多様な処理の能力を強化している。こういった処理にはスパッタエッチング、プラズマ化学エッチング、プラズマ化学気相蒸着、及びイオン化スパッタ蒸着が含まれる。プラズマ中の高エネルギーレベルの試薬により、通常、製造処理速度が上昇し、又、この処理を行う際に維持しなくてはならない半導体ワークピースの温度が低下する。
【０００３】
磁気強化型プラズマチャンバ（リアクタとも称される）は磁場を用いてプラズマ中の荷電粒子密度を上昇させ、プラズマ強化型の製造処理速度を更に上昇させている。処理速度の上昇は非常に有利であり、これは半導体デバイスの製造コストは製造に必要な時間に比例するからである。
【０００４】
この利点にも関わらず、商業利用されているプラズマチャンバの多くは磁気強化を利用したものではない。磁気強化をするとウェハ上の半導体デバイスを損傷する傾向が高くなることが判明しているからである。こういった損傷は、上手く最適化されていない磁場の空間的な等高線によりウェハ全体の電子密度が不均一となることで生じる。
【０００５】
図１は従来技術によるエッチング又は化学気相蒸着のいずれかに適した磁気強化型プラズマチャンバ５の概略断面図である。図２はチャンバ５の上部断面図である。真空チャンバ５は８角形の側壁１２、円形底壁１４及び円形上壁又は蓋部１６によって囲まれている。蓋部１６及び底壁１４は誘電性又は金属のいずれかであってもよい。電気的に接地されたアノード電極１８が蓋部１６の底部に取り付けられている。アノード電極に穿孔を施し、その穿孔を通して処理ガスをチャンバ内に進入させるガス流入口として機能させてもよい。側壁１２は誘電性又は金属であってもよい。金属である場合、チャンバ５外部に位置された電磁石コイル６、７、８、９のアレイによって作り出される磁場を妨害しないように、金属は陽極酸化アルミニウム等の非磁性材料でなくてはならない。側壁が金属製である場合、アノードの一部として機能する。
【０００６】
半導体ウェハ又はワークピース２０はカソード電極２２上に載置され、電極はチャンバ５の下端に取り付けられている。図示していないが真空ポンプは排気マニホルド２３を通してチャンバ５からガスを排気し、チャンバ５内の総ガス圧をプラズマ発生を促進するに十分な低圧、典型的には１０ミリｔｏｒｒから２０ｔｏｒｒの範囲で維持する。この圧力範囲の下限及び上限はそれぞれエッチング又はＣＶＤ処理で典型的なものである。
【０００７】
カソード電極２２には一連の結合コンデンサ２６又は整合回路（図示せず）を介してＲＦ電力供給源２４が接続されている。ＲＦ電力供給源２４によりカソード台座部２２と接地アノード電極１８との間にＲＦ電圧が供給され、これによりチャンバ内のガスがプラズマ状態へと励起される。プラズマ本体はカソード又はアノード電極に対して時間平均の正のＤＣ電位又は電圧を有しており、これによりイオン化された処理ガス成分のカソード及びアノード電極への衝突が加速される。
【０００８】
プラズマの磁気強化は、最も一般的には、カソード電極とアノード電極の間の領域のＤＣ磁場によって行われる。磁場の方向は、通常、チャンバ５の縦軸に直交している、つまりカソード及びアノード電極間に延びる軸を横断している。従来より、様々な配列の永久磁石又は電磁石を用いて、こういった直交磁場を形成している。こういった配列の一例が図１に図示のコイル６、７対であり、円筒形のチャンバ側壁１２の対向する面上に配置されている。図２は図１のチャンバの上部断面図であり、対向するコイル対６、７、８、９の方向を図示している。概して、各コイルの直径は２つのコイル間の間隔にほぼ等しい。対向するコイル６、７、８、９の各対は直列に接続され、ＤＣ電力供給源（図示せず）と同相であることから、コイル対間の領域で加成効果を示す直交磁場が形成される。この直交磁場は図１及び２において負の方向のＸ軸に沿ったベクトルＢによって表わされる。こういった磁気強化型プラズマチャンバの一例は１９９３年６月１日に発行の同一出願人による米国特許第５２１５６１９号に記載されており、引用により全て本願に組み込まれる。
【０００９】
プラズマはカソード電極２２に対して正の時間平均電位又は電圧を有しているため、カソードに隣接したプラズマ・プレシースにおける時間平均電場Ｅはプラズマからカソードに向かって下方向に方向付けされ、プレシース内の自由電子は、図１のベクトルＶｅによって表わされるように、プラズマ本体に向かって上方向を向いた時間平均値を有するドリフト速度ベクトルを与えられる。ＤＣ磁場ベクトルＢに反応して、これらの自由電子は主にｑｖｘＢ力の影響を受け、電子及びイオンは概して磁場ベクトルに準ずるところの螺旋経路を移動する。これに加え、電子及びイオンは、螺旋運動と磁場が組み合わさることにより別の時間平均力の影響を受けることになる。これは一般的にＥｘＢドリフトと呼ばれ、ドリフト方向は半導体ウェハ２０とほぼ同一平面上にあり、Ｙ軸に沿ったＥｘＢベクトルによって図２に図示されるように、磁場ベクトルＢに直交している。
【００１０】
本願において、「時間平均」という用語はプラズマを励起したＲＦ周波数の１周期あたりの平均であり、この周期は、典型的には１０−７秒未満である。１ＲＦ周期あたりのこの時間平均は、典型的には約０．２から４秒の回転周期を有するワークピースに相対しての磁場の任意の回転のため、時間平均には関係がない。磁場ベクトルを中心に螺旋状に動く電子の周波数はｆ＝（ｑＢ）／２πｍであり、ｑは電子荷電、Ｂは磁場強度(ガウス)、ｆは周波数（ヘルツ）である。例えば、３５Ｇの磁場では約１０ｅ−４秒続く螺旋の１回転となる。これはＲＦ周波数より長く、０．２から４秒の磁場回転よりかなり短い。
【００１１】
慣用の磁気強化型プラズマチャンバにおいては、自由電子のＥｘＢドリフトが半導体デバイスの損傷の主な原因であると考えられている。具体的には、ＥｘＢドリフトによりプラズマ・プレシース内の自由電子が不均一に分散され、イオン流動における不均一が生じると考えられている。ウェハに衝突するイオン流動のこの空間的な不均一性によってウェハに電流が流れ、ウェハ上の半導体デバイスに損傷が起こることが多いと考えられている。
【００１２】
慣用の磁気強化型プラズマチャンバでは、ウェハに相対して磁場を緩やかに、典型的には１秒あたり１／４から５回転の範囲の回転周期でもって回転させることでこの不均一性を改善しようとしている。デザインによっては、ウェハ２０又は磁石６、７、８及び９を物理的に回転させる。その他のデザインでは、図２で図示するように、互いに直角に配置された２対のコイル６、７及び８、９を設けることで回転を電子的に行う。連続的かつ周期的にＤＣ電力供給源を正極性の第１コイル対６、７、（２）正極性の第２コイル対８、９、（３）負極性の第１コイル対６、７、及び（４）負極性の第２コイル対８、９へと接続することで９０°ずつ磁場を回転可能である。或いは、第２コイル対８、９に供給された電流から９０°だけ位相をずらして第１コイル対６、７に電流を供給するよう接続された、直交出力を有するごく低周波（０．１から１０Ｈｚ）の電力供給源にＤＣ電力供給源を置き換えることで、磁場を継続的に回転させることが可能である。
【００１３】
ウェハに対して磁場を回転させることで、ウェハに衝突するイオン流における時間平均の空間的不均一性が大幅に軽減され、ウェハ表面でのエッチング速度（エッチングチャンバ内での）又は堆積速度（ＣＶＤチャンバ内での）の空間的な均一性を妥当なものとすることが可能となる。しかしながら、磁場の回転はウェハ表面上でのイオン流の瞬間空間均一性をいかなる形でも向上するものではないことから、磁気強化型プラズマチャンバにおける半導体デバイスの損傷問題を完全に解決するものではない。
【００１４】
２０００年９月５日に発行された米国特許第６１１３７３１号は、隣接するコイル対６、９及び７、８に電流を駆動し、ウェハ表面横方向に磁場勾配を形成することでＥｘＢドリフト問題に更に対処する方法及び装置を開示している。
【００１５】
図２において、コイル７、８に第１電流を駆動することで形成される磁場は矢印１０によって表わされ、コイル６、９に第２電流を駆動することで得られる磁場は矢印１１によって表わされる。第１電流は第２電流より弱いため、磁場１０が磁場１１より小さくなり、磁場勾配が形成される、つまり磁場が成形される。これら２つの電流の比により、特定の形状の勾配が形成される。この比を各処理レジーム毎に最適化することで、ほぼ均一なプラズマを形成する。大抵の処理レジームでは、電流比は０．１から０．７の範囲である。この不均一な磁場は、低エッチング速度であったウェハ領域における磁場強度を上げ、高エッチング速度であったウェハ領域における磁場強度を下げることでチャンバ内でのイオン流をより均一となる。次にこの磁場勾配を、各処理条件についてイオン流の均一性が最適となる形状へと調節する。最適磁場勾配は磁場を形成するのに使用するハードウェア構成に依存する。ウェハ上でのフィーチャサイズが小さくなればなるほど、ほぼ均一なイオン流を形成するための要件は、ウェハ上に形成する電気回路への損傷を防止するために、特に特定の処理レジームにおいてより厳格なものとなる。最適な勾配は静止位置で形成されるものの、電流が次のコイル対へと切り替えられてプラズマの回転が起きた場合、プラズマは９０°「ジャンプ」する。こういった「ジャンプ」によりプラズマ処理に不連続が起こり、基板が損傷される又は不均一な処理となる可能性がある。
【００１６】
従って、磁気強化型プラズマチャンバ内で磁場勾配を制御するための方法及び装置が当該分野で求められている。
【発明の概要】
【００１７】
従来技術に絡む欠点を、磁気強化型プラズマリアクタ内における磁場勾配の成形を改善して均一なプラズマを形成するための方法及び装置により克服する。本発明の例示的な一実施形態においては、複数の重なり合う主磁気コイル部位が設けられ、基板支持部材の上表面に概して平行である磁場が形成される。重なり合う磁気コイルにより従来技術のものより改善された形状を有する磁場が形成される。本発明のその他の実施形態においては、（重なりあっている如何に関わらず）主磁気コイルと共に副磁気コイルを用いて、磁場の形状をより高度に制御する。一部の実施形態においては、磁場を制御をすることで、磁場が回転する際の移行時に、ほぼ連続的な磁場形状のみならず、瞬間的な磁場に最適な形状を付与する。
【００１８】
一実施形態において、処理チャンバ内で磁場を回転させるための方法は１次形状を有する磁場を形成し、１次形状を少なくとも２つの連続移行形状へと変化させ、移行形状を回転させた１次形状へと変化させることを含む。任意で、各工程を通して磁場をほぼ一定の強度に維持してもよい。任意で、１つ以上の磁場発生コイルに印加される１つの電流の最大値はゼロ、或いはその極性は２つの隣り合う工程間で逆転する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の上述した構成が得られ、詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施例を参照して行われ、それらは添付図面に図示されている。
【００２０】
しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。更に、明確にするため図面は簡略化されている場合があり、必ずしも正確な縮尺ではない。可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。
【００２１】
【図１】慣用のドライエッチングチャンバの側部断面図である。
【図２】図１のドライエッチングチャンバの磁場発生装置の上部断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、幅を拡張した磁気コイルを有する処理チャンバの上部概略図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｃ】主コイル、副磁気コイル及び主及び副磁気コイルの双方によりそれぞれ形成された磁場の概略上面図である。
【図５】本発明の一実施形態による幅を拡張した主磁気コイルと副磁気コイルの双方を有する処理チャンバの上部概略図である。
【図６】図５に図示の２つの主磁気コイルと副磁気コイル部位の上面図である。
【図７】図６の主磁気コイル部位と副磁気コイルの側面図である。
【図７Ａ】図７のコイル構成の二重巻き版の概略回路図である。
【図８Ａ】〜
【図８Ｃ】従来技術及び本発明の一実施形態による磁場の発生を描く移行図である。
【図９】〜
【図１７】本発明による磁気コイル構成の多様な実施形態の上面図である。
【図１８Ａ】〜
【図１８Ｂ】本発明の実施形態による、水平方向の副磁気コイルを有するコイル構成の斜視図である。
【図１９Ａ】〜
【図１９Ｃ】本発明の実施形態による、縦方向及び水平方向の副磁気コイルを有するコイル構成の斜視図である。
【図２０Ａ】〜
【図２０Ｂ】図１９Ａ及び１９Ｂのコイル構成を通る電流流れを示す図である。
【図２１】本発明による更に別の磁気コイル構成の斜視図である。
【図２２Ａ】〜
【図２２Ｋ】本発明の様々な実施形態についての磁場シミュレーション結果を示す図である。
【図２３】４コイル式チャンバでの慣用の回転法を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、磁場を回転させるための方法の簡略フロー図である。
【図２５】本発明の一実施形態による、かつ４個のコイルを有する処理チャンバでの使用に適した磁場回転シーケンスを示す表である。
【図２６】本発明の一実施形態による、かつ４個のコイルを有する処理チャンバでの使用に適した別の磁場回転シーケンスを示す表である。
【図２７Ａ】〜
【図２７Ｃ】多様な回転法での４コイル式チャンバにおける磁場の概略図である。
【図２８Ａ】〜
【図２８Ｂ】多様な回転法での時間の経過に伴う相対コイル電流のグラフである。
【図２９】８コイル式チャンバにおける磁場の概略上面図である。
【図３０Ａ】〜
【図３０Ｃ】８コイル式チャンバでの磁場回転法の実施形態の概略図である。
【図３１Ａ】〜
【図３１Ｃ】多様な回転法での時間の経過に伴う相対コイル電流のグラフである。
【図３２】本発明の一実施形態による、かつ８個のコイルを有する処理チャンバでの使用に適した磁場回転シーケンスを示す表である。
【図３３】８個の同一サイズのコイルを有するチャンバにおける傾斜磁場を回転させるための方法の一実施形態の概略上面図及びグラフである。
【図３４】８個の同一サイズのコイルを有するチャンバにおける平坦な磁場を回転させるための方法の一実施形態の概略上面図及びグラフである。
【図３５】本発明の一実施形態による、かつ８個のコイルを有する処理チャンバでの使用に適した磁場回転シーケンスを示す表である。
【詳細な説明】
【００２２】
図３は本発明のある実施形態によるプラズマ強化型チャンバ５の、側壁１２を取り囲んでいる磁気コイル構成３００の一実施形態の上面図である。具体的には、図３は主磁気コイル３０２１、３０２２、３０２３及び３０２４（主磁気コイル３０２と総称する）と主電流供給源３０６Ａ、３０６Ｂ、３０６Ｃ及び３０６Ｄを図示している。このため、本発明のこの実施形態において、４つのコイルは４つの個々の電流によって駆動される。図面では、コイル構成３００の実施形態は実質的に８角形の平面形態を有するものとして描いている。但し、この描写は本発明の範囲を限定することを意図するものではない。例えば、本発明のコイル構成はチャンバ５の外周に沿った、各コイルが隣接するコイルの少なくとも一部に重なっている（或いは隣接するコイルが重なっている）いずれの構成であってもよい。
【００２３】
図面では、各主磁気コイル３０２は拡張した幅を有しているため、各コイルの一部が隣接する主磁気コイル３０２に重なる（或いは隣接するコイルが重なる）。主磁気コイル３０２はそのコーナー部が重なり合っているものとして描かれているが、これは説明の便宜上にすぎない。主磁気コイル３０２の重なりの度合は図３に図示のものと異なるものであってもよい。重なり合うコイルを利用する本発明のその他の実施形態は図９−１３及び２１に関連して以下で説明する。
【００２４】
チャンバ内において、磁場は、通常、ＥｘＢドリフトに対抗するような輪郭を描く（又は成形されている）ため、いつ何時であっても高磁場コーナー部と低磁場コーナー部とがある。低磁場コーナー部（点Ｃ）に位置する磁場を制御するのは比較的容易である。しかしながら高磁場コーナー部（点Ａ）の磁場を制御するとなると問題が生じる。図３は比較的高い電流を用いてコイル３０２２及び３０２３を駆動することで形成された磁場（矢印３０４）と比較的低い電流を用いてコイル３０２１及び３０２４を駆動することで形成された磁場（矢印３０８）の瞬時場を示す。磁気コイルが大きければ大きいほど（幅を拡張したコイル）、点Ｂ及びＣでの磁場強度に影響を与えることなく高磁場（点Ａ）の強度をより高度に制御することが可能となる。磁気コイル３０２がカバーする面積が広くなればなるほど、磁場勾配は改善される。しかしながら、主磁気コイル３０２のサイズは反応チャンバのサイズによって制限されてしまう。例えば、反応チャンバのサイズやチャンバをサポートするハードウェアを設置しなくてはならないことから、通常、高さのある磁石を概して作ることはできない。但し、コイル面積を上げるために磁石の幅を広くすることは可能である。このため、磁石を幅広く作成することでコイル面積が上昇して磁場形状の改善が促進され、例えば図３のコイル３０２はチャンバ５の外周に沿って９０°を超えて延びている。図９−２１Ｄ（以下でより詳細に説明）はより高い磁場形状制御性を可能にする例示的な実施形態を図示している。
【００２５】
主電流供給源３０６Ａ−Ｄは主磁気コイル３０２のそれぞれに電流を駆動する。磁場を発生させるために、主電流供給源３０６Ａ及び３０６Ｂは隣接する主磁気コイル３０２１及び３０２２に同一方向で電流を印加する。チャンバ内に効果的な磁場勾配を発生させるために、電流供給源３０６Ｃ及び３０６Ｄにより電流を印加して主磁気コイル３０２３及び３０２４に電流を流す。更に、主磁気コイル３０２３及び３０２４によって発生する対向する磁場３０８は主磁気コイル３０２１及び３０２２によって発生する磁場よりも強度が低い。図面では４つの電流供給源が主磁気コイル３０２のそれぞれに電流を流している様子が描かれている。コイル対を駆動して構成変更可能な磁場（configurable  magnetic  field:CMF）を有するリアクタ内で磁場を発生させるにつれ、Ｂ磁場は隣接するコイルに最近接した位置で最も高くなり、つまり磁場強度は点Ａのコーナー部で最も高くなり、ウェハ上を点Ｃに向かって減退する。次に電流をコイル対からコイル対へと切り替えて磁場を回転させる。ＣＭＦ技法を利用するこういったリアクタに、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社製のｅＭｘＰ＋誘電体エッチングリアクタがある。このリアクタは２０００年９月５日発行の米国特許第６１１３７３１号の主題であり、参照により本願に組み込まれる。
【００２６】
一部の処理において、対向するコイル（例えば、３０２１及び３０２３）を対で電流で駆動し、基板を横断して延びる磁場を発生させる。最高の処理結果を得るためには、磁場が平行な磁力線を描いてチャンバを均等に横断して延びていることが望ましい。しかしながら、図４Ａに図示するように、コイル３０２１及び３０２３を駆動した場合、磁場４００は凸形状となり、つまり外側磁力線４０２が外方向に向かって湾曲してしまう。この凸磁場形状を軽減するために、凹形状を有する修正磁場を設けることが可能である。図４Ｂは主磁気コイル３０２１、３０２２、３０２３、３０２４に近接して位置された副磁気コイル５０４１、５０４２、５０４３及び５０４４によって形成されるこういった凹状修正磁場４０４を描いている。以下で詳述するように、副磁気コイルは主磁気コイルの端部に近接して位置される。図４Ｃに図示されるように、主磁場と修正磁場のベクトルを合成することでチャンバを横断して延びる均一な磁場４０６が形成される。後述するように、こういった副磁気コイル５０４１、５０４２、５０４３及び５０４４の追加により、双方の瞬間磁場について磁場形状を更に制御でき、かつ磁場を切り替えて磁場の回転を促進するため磁場形状を制御することを含む多数のその他の利点が得られる。
【００２７】
修正磁場は、多彩なコイル構成でもって形成することも可能である。これらの構成には、修正磁場を発生するコイルをチャンバを中心とした水平面内に配置すること、チャンバを中心とした垂直面内に配置すること、及びその双方を含む。こういった修正磁場を利用する、本発明の考えられ得る実施形態のごく一部を以下に説明する。本発明は主コイルによって発生した磁場を成形するための修正磁場を形成するいずれの組合せのコイルをもその範囲に含むことを意図している。
【００２８】
図５に図示されるように、チャンバ内の磁場の形状をより高度に制御するために、副磁気コイル５０４１、５０４２、５０４３及び５０４４（副磁気コイル５０４と総称する）は主磁気コイル３０２に近接させて巧みに配置されている。図面では、副磁気コイル５０４は主磁気コイル３０４の重なり部に近接して位置されている。副磁気コイル５０４は磁場を発生し、これによりコーナー部（例えば、重なり部で）発生する磁場の「微調整」を可能としている。副磁気コイル５０４を用いて、磁場の形状を制御する。全体的な磁場の等高線は、巻き、角度、幅及び個別の電流駆動装置を変更することで確立可能である。コイルの角度及び幅を調整することで、リアクタ内により多くのコイルを設置することが可能となる（つまり、磁気の影響がより強くなる）。コイルの巻き数を多くすることでも磁石の強度を上げることができる。磁石の強度が上がると磁場の強度も上がり、磁場勾配の制御性が高くなる。重なり合った部分への副コイルの配置が簡便だが、必須ではない。本発明のその他の実施形態において、副磁気コイルは主磁気コイルに隣接させて（つまり、端部と端部を突き合わせて）配置することも可能である（以下の図１６及び１７を参照のこと）。以下で詳述するように、副磁気コイルを用いる場合、主コイルは磁場の初期形状を確立し、次に副磁気コイルを用いることで磁場等高線を調節（又は修正）して最適な磁場形状を達成する。
【００２９】
所望の磁場等高線を達成するためには、各副磁気コイル５０４に電流を駆動させる。具体的には、電流供給源３０８Ａ及び３０８Ｂにより副磁気コイル５０４１、５０４２に電流を駆動させ、電流供給源３０８Ｃ及び３０８Ｄにより副磁気コイル５０４３及び５０４４に電流を駆動させる。一実施形態において、副磁気コイル５０４のそれぞれは別々の電流供給源によって駆動可能なため、主及び副磁気コイルを駆動するためには最大８つの電流供給源を使用することになる。こういった独立した電流により磁場形状の幅広い制御が促進される。本発明の一実施形態においては、４つの電流供給源を使用して主磁気コイル３０２と副磁気コイル５０４に電流を供給可能である。４つの電流供給源を使用する場合、副磁気コイルは「２重巻き」であり、この２重巻線の各線は異なる隣接する主磁気コイルに直列接続されている。この構成では、上記に記載の現行のｅＭｘＰ＋チャンバで使用したものと同数の電流を使用する。
【００３０】
図６は２つの主磁気コイル３０２（つまり、主磁気コイル３０２１及び３０２２及び副磁気コイル５０４１の上面図である。主磁気コイル３０２１は中央部４１０と重なり部４０２及び４０４を有する。主磁気コイル３０２２は中央部４１２及び重なり部４０６及び４０８を有する。副磁気コイル５０４１は主磁気コイル３０２の周縁外側に位置して図示されているが、これは説明の便宜上に過ぎない。図６及び７に図示の実施形態において、副磁気コイル５０４は重なり部間の、重なり部の面内に位置されている。
【００３１】
図７は主磁気コイル３０２（つまり、主磁気コイル３０２１及び３０２２）及び副磁気コイル５０４１の側面図である。図７Ａは図７の二重巻の場合のコイル構成の概略回路図を示す。副磁気コイル５０４１は２つのコイル５０４１Ａ及び５０４１Ｂとして単一の「ボビン」に巻回されており、コイル５０４１Ａ及び５０４１Ｂはそれぞれ主コイル３０２１及び３０２２に直列接続されている。加えて、副磁気コイル５０４４Ａは主コイル３０２１と副磁気コイル５０４１Ａと直列に配線されている。従って、４つの電流供給源３０６Ａ、３０６Ｂ、３０６Ｃ及び３０６Ｄが３つのコイル４セットのそれぞれに電流を駆動する。このため、各電流が３つの直列接続されたコイル、つまり２つの副磁気コイルと１つの主磁気コイルを駆動する。主及び副磁気コイルのそれぞれは、４つの電流供給源によりチャンバ内で磁場の成形と制御が可能となるような形で巻回及び配線されている。エッチング処理中、隣接する磁気コイルは比較的強力な磁場を既定の間隔で発生させる。隣接する磁気コイルを通る電流は、矢印で図示したものと同一の方向に流れる。具体的には、図７及び７Ａは主磁気コイル３０２１及び３０２２、及び副磁気コイル５０４１を通る電流流れの方向を図示している。主磁気コイル３０２１及び３０２２及び副磁気コイル５０４１を通る電流は時計回り方向に流れることに留意する必要がある。このため、電流は加成され、電流を互いに逆方向に流した場合よりも大きな磁場が形成される。
【００３２】
図８Ａ−８Ｃは共にエッチングチャンバ内で磁場を回転させるために使用する移行シーケンスを図示している。図８Ａは従来技術での、インターバル６０２、６０４、６０６での（又は初期開始点に対しての度数変化での）、磁気コイルへの異なる磁場強度の印加を図示している。例えば、図８Ａは従来技術の磁気コイル６、７、８及び９、高磁場６２０、及び低磁場６２２を含む。インターバル６０２（ゼロ度）で、隣接する磁気コイル８、９は湾曲した高磁場６２０を発生する。この同一のインターバル中、磁気コイル６及び７は湾曲した低磁場６２２を発生する。これらの磁場を組み合わせると、２つの湾曲磁場６２０、６２２はチャンバ内において基板上に凹形状の磁場を形成する。隣接するコイルの１対から別の隣接するコイルの１対へと移行して磁場の回転を促進する間、磁場が回転するにつれ、エッチングチャンバ内のプラズマは瞬間的にジャンプする。より滑らかな磁場を得るためには、インターバル６０４（４５度）の時点で、コイル６と８のみに電流を印加することで高磁場６２４をコイル６と８との間に発生させる。４５度でのこの凸状の高磁場６２４の発生により、プラズマのジャンプが軽減される。インターバル６０６（９０度）で、湾曲した高磁場６２６が磁気コイル６及び９により発生し、低磁場６２８が磁気コイル７、８によって発生する。この時点で回転が完了する。しかしながら、インターバル６０４での磁場勾配は、インターバル６０２及び６０６での勾配とは実質的に異なる。
【００３３】
図８Ｂは本発明に従って電流磁場勾配を維持しながらの、インターバル６１４、６１６及び６１８（それぞれゼロ、４５度、９０度）での高磁場の移行を図示している。例えば、図８Ｂは主磁気コイル３０２１、３０２２、コイル３０２３、３０２４、副磁気コイル５０４、５０４２、５０４３及び５０４４、高磁場６３０、及び低磁場６３２を含む。インターバル６１４では、主磁気コイル３０２１及び３０２２で湾曲した高磁場６３０が発生し、主磁気コイル３０２３及び３０２４では湾曲した低磁場６３２が発生した。磁場勾配が４５度位置で維持されることから、インターバル６１６によりゼロから９０度への移行が円滑となる。具体的には、電流は副磁気コイル５０４４及び５０４１に印加され、高磁場６３４が発生する。加えて、低磁場６３６が副磁気コイル５０４２、５０４３によって発生する。インターバル６１６（４５度）で、発生した磁場が湾曲してゼロ度での磁場と同一の形状と勾配を有していることに留意しなくてはならない。エッチングチャンバ内での一貫した個々の湾曲磁場により、チャンバ内で一貫した磁場勾配が得られる。インターバル６１８（９０度）で、電流を主磁気コイル３０２１及び３０２４に印加し、高磁場６３８を発生させる。加えて、電流を主磁気コイル３０２２及び３０２３に印加することで低磁場６４０を発生させる。
【００３４】
図８Ｃは、本発明の別の実施形態による、様々な組合せのコイルを用いることで９０度の回転の間に磁場を実質的に円滑に回転させる様子を図示している。電流は高磁場コイル電流に相対させた正規化値として表わされ、電流の方向はプラス又はマイナスで示されている。例えば、時間ｔ０で、磁場「ＢＣＤ」が隣接する磁気コイル３０２２及び３０２３により発生する（つまり、磁気コイル３０２３の極性は磁気コイル３０２２の極性と反対）。電流は副磁気コイル５０４１及び５０４３も通過し、これにより隣接する磁気コイル３０２２及び３０２３の端部での磁場の成形の助けとなる磁場「Ａ」が得られる。副磁気コイル５０４１における電流の極性が副磁気コイル５０４３を流れる電流の極性とは逆であることに留意しなくてはならない。
【００３５】
ｔ１で、電流を各コイル３０２及び５０４に印加することで、隣接する磁気コイル３０２２及び３０２３により減弱した磁場「ＣＤ」が発生する。図示した数字及び各極性は印加した電流の相対（正規化）強度と極性を示す。例えば、磁気コイル３０２１を通る電流の極性は副磁気コイル５０４３と反対である。このため、「Ａ」で表わされる磁場の一部は５０４３と３０２１との間で変遷する。副磁気コイル５０４１により副磁気コイル５０４１と主磁気コイル３０２３で「Ｂ」で表わされる磁場の一部が発生する。移行プロセスは、主磁気コイル３０２と副磁気コイル５０４との間の電流を増大又は減少させることで行われる。
【００３６】
ｔ２で、電流を副磁気コイル５０４１、５０４２に印加し、電流を主磁気コイル３０２１で増大させる。この結果、「Ｂ」で表わされる磁場は主磁気コイル３０２１とコイル３０２３との間を垂直に移動する。「Ｃ」で表わされる磁場の一部は副磁気コイル５０４１に向かって移行する。
【００３７】
ｔ３では、主磁気コイル３０２２に電流を印加せず、主磁気コイル３０２１に印加する電流を増大させる。この結果、「Ｃ」で表わされる磁場の一部は主磁気コイル３０２１と３０２３の間を垂直に流れる。
【００３８】
ｔ４では主磁気コイル３０２２の電流をオンにし、３０２３での電流を減弱させる。この結果、「Ｄ」で表わされる磁場の一部が主磁気コイル３０２２と副磁気コイル５０４１との間に流れる。
【００３９】
ｔ５で、副磁気コイル５０４３の電流をオフにし、主磁気コイル３０２３での電流を減弱させ、主磁気コイル３０２２での電流を増大させる。この結果、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」で表わされる磁場の一部が図示されるようにコイル間を流れる。
【００４０】
最後に、ｔ６で、主磁気コイル３０２２での電流を増大させ、主磁気コイル３０２３の電流をオフにする。この結果、「Ａ」で表わされる磁場勾配が副磁気コイル５０４２と５０４４との間に流れ、「ＢＣＤ」で表わされる磁場が主磁気コイル３０２１と３０２２との間を流れ、つまり移行中、勾配を維持しながら磁場は９０度回転させられる。
【００４１】
図８Ｃは磁場を回転させるための、本発明の実施形態の使用の一例にすぎない。その他の電流組合せでも有用な磁場回転は得られる。例えば、本発明の実施形態による、磁場を回転させるための方法の更なる説明については以下を参照すること。
【００４２】
図９は円筒形処理チャンバ７０１を取り囲む磁気コイル構成７００の別の実施形態の上面図である。この構成は、主コイル同士が綴じ込まれる、例えば、各コイルの一端に別のコイルが重なり、一端が別のコイルに重なる点を除いて、上の図３及び５に図示の構成と同様である。磁気コイル構成７００は重なりあう主磁気コイル７０２１、７０２２、７０２３及び７０２４（主磁気コイル７０２と総称する）と最適な副磁気コイル７０４１、７０４２、７０４３及び７０４４（主磁気コイル７０４と総称する）を備える。各主磁気コイル７０２は、隣接する磁気コイルの端部に重なり合う一端７０２ＸＢを有し（Ｘはコイル番号）、主磁気コイル７０２Ｘのもう一方の端部７０２ＸＡには別の隣接する主磁気コイル７０２の端部が重なる。例えば、端部７０２１Ｂは端部７０２４Ａに重なり、端部７０２１Ａには端部７０２２Ｂが重なる。どの主磁気コイル７０２の端部も処理チャンバ７０１の中心から等距離とならないように、主磁気コイル７０２のそれぞれが位置されていることに留意する必要がある。コイルは若干の角度をつけて位置されるため、共通の円筒上に配置した場合よりも磁気コイルを大きく（幅広く）形成することが可能である。加えて、副磁気コイル７０４を主磁気コイル７０２の重なり部に近接して配置することで、図８Ｂ及び８Ｃに関して上述したようにより高度に磁場を制御することが可能である。副磁気コイル７０４は（図７に関して上述したように）主コイルの面に位置させることも、或いは主コイルの外側に位置させることも可能である。当然ながら、コイル構成７００に図示した主磁気コイル７０２の角度より大きい又は小さい角度を有する主磁気コイルを利用する、本発明によるその他の実施形態も用いてもよい。
【００４３】
図９Ａは図９の主磁気コイルの１つ（コイル７０２４）の斜視図である。主磁気コイル７０２４は端部７０２４Ａ及び７０２４Ｂ、上部７０８１、底部７０８２、及び内部領域７１０を有する。上部７０８１及び底部７０８２は湾曲しており、互いに実質的に平行である。上部７０８１、底部７０８２は端部７０２４Ａ及び７０２４Ｂによって連結されている。端部７０２４Ａ及び７０２４Ｂは実質的に互いに平行である。主磁気コイル７０２４は、端部７０２４Ａ及び７０２４Ｂ、上部７０８１、底部７０８２の相互連結によって形成された内部領域７１０を含む。
【００４４】
図１０は円筒形の処理チャンバ７０１を取り囲む、別の実施形態の磁気コイル構成８００の上面図である。この構成は、チャンバ７０１が今回は８角形でなく円筒形であるという点を除き、図３及び５に図示のものと同様である。磁気コイル構成８００は主磁気コイル８０２１及び８０２２（主磁気コイル８０２と総称する）、主磁気コイル８０４１及び８０４２（主磁気コイル８０４と総称する）、及び任意の副磁気コイル８０６１、８０６２、８０６３及び８０６４（副磁気コイル８０６と総称する）を含む。主磁気コイル８０２は互いに対向して位置され、互いの方向に向かって若干湾曲しており、処理チャンバ７０１を部分的に取り囲んでいる。各主磁気コイル８０２はチャンバ７０１の円周の約９０度の範囲をカバーしている。主磁気コイル８０４は主磁気コイル８０２の外側に位置しており、主磁気コイル８０２とは約９０度ずれた位置に在る。各主磁気コイル８０２、８０４はそれぞれ２つの端部を有する。具体的には、主磁気コイル８０２Ｘ（Ｘはコイル番号）は端部８０２ＸＡ及び８０２ＸＢを有し、主磁気コイル８０４Ｘは８０４ＸＡ及び８０４ＸＢを有する。主磁気コイル８０４は互いに対向して位置され、互いの方向に向かって若干湾曲しており、処理チャンバ７０１を部分的に取り囲んでいる。加えて、主磁気コイル８０４は主磁気コイル８０２の端部に重なっている。例えば、主磁気コイル端部８０２１Ａ及び８０２２Ｂには、それぞれ端部８０４１Ｂ及び８０４１Ａが重なっている。更に、副磁気コイル８０６は主磁気コイル８０２及び８０４の重なり部内又は近辺、又は主磁気コイル８０２及び８０４の外側に位置させることが可能である。
【００４５】
図１１は円筒形の処理チャンバ７０１を取り囲む、別の実施形態の磁気コイル構成９００の上面図である。この構成は、主コイルのそれぞれがチャンバ円周の約１８０度の範囲に亘って延び、副磁気コイルが主コイルと同心である点を除き、図１０に図示のものと同様である。磁気コイル構成９００は主磁気コイル９０２１及び９０２２（主磁気コイル９０２と総称する）、主磁気コイル９０４１及び９０４２（主磁気コイル９０４と総称する）、及び任意の副磁気コイル９０６１、９０６２、９０６３及び９０６４（副磁気コイル９０６と総称する）を含む。主磁気コイル９０２１と９０２２は互いに対向して位置され、互いの方向に向かって若干湾曲し、処理チャンバ７０１を取り囲んでいる。主磁気コイル９０２の隣接する端部の間には空間９０８が形成されている。更に、主磁気コイル９０２はそれぞれ処理チャンバ７０１の円周の約１８０度の範囲をカバーしている。主磁気コイル９０４１及び９０４２は主磁気コイル９０２の外側に位置しており、内側方向に湾曲し、互いに対向して位置されている。主磁気コイル９０４の隣接する端部の間には空間９１０が形成されている。更に、主磁気コイル９０４は主磁気コイル９０２から約９０度ずれている。主磁気コイル９０４のそれぞれは処理チャンバ７０１の円周の約１８０度の範囲をカバーしている。コイル構成９００は、コイル構成９００においては主磁気コイルがコイル構成８００の場合より多く重なり合うという点を除いて、コイル構成８００と同様である。更に、任意の副磁気コイル９０６は主磁気コイル９０２及び９０４の各自の空間９０８及び９１０に並置されている。この構成において、副磁気コイル９０６の中心は主磁気コイル９０２及び９０４の各自の中心と整合している。概して、１８０度の主磁気コイル９０２及び９０４は磁場勾配の形成にさほど効果的ではない。副磁気コイル９０６の追加により、このコイル構成の磁場勾配形成能が改善される。コイルを８つの独立した電流により駆動する場合、この構成により磁場形状を実質的に制御することができる。或いは、この構成は以下のコイル対である９０４１及び９０６１、９０２１及び９０６２、９０４２及び９０６３、及び９０２２及び９０６４を直列に配線することで４つの電流を使用して作動させてもよい
【００４６】
図１２は処理チャンバ７０１を取り囲む磁気コイル構成１０００の上面図の別の実施形態を図示している。磁気コイル構成１０００は主磁気コイル１００２１−１００２８（主磁気コイル１００２と総称する）を含む。主磁気コイル１００２はそれぞれ湾曲している。主磁気コイル１００２はそれぞれ隣接する磁気コイル１００２ｘ（Ｘはコイル番号）に重なる一端部１００２ＸＡと、別の隣接する磁気コイル１００２Ｘが重なる一端部１００２ＸＢを有する。加えて、主磁気コイル１００２のそれぞれは約４５度の範囲に亘り、処理チャンバ７０１を取り囲む。図１２では磁気コイル構成１０００を８つのコイルを有するものとして図示しているが、その他の実施形態も使用可能である（例えば、１６個の磁気コイル）。１６個の磁気コイルを使用する実施形態において、各コイルは約２２．５度の範囲に亘り、処理チャンバ７０１を取り囲んでいる。概して、重なり合うコイルの数はいずれであってもよい。Ｎ個のコイルを使用し（Ｎは１より大きい整数）、各コイルが、３６０／Ｎ度より広い範囲に亘る幅を有する場合、チャンバ内での磁場の形状は、重なり合わないＮ個のコイルを有するコイル構成より改善される、つまり、幅広いコイルにより磁場形状が改善される。
【００４７】
図１３は処理チャンバ７０１を取り囲む磁気コイル構成１１００の別の実施形態の上面図である。コイル構成１１００は主磁気コイル１１０２１、１１０２２、１１０２３及び１１０２４（主磁気コイル１１０２と総称する）と、主磁気コイル１１０４１、１１０４２、１１０４３及び１１０４４（主磁気コイル１１０４と総称する）を含む。主磁気コイル１１０２はそれぞれが約９０度の範囲に亘り処理チャンバ７０１を取り囲み、隣接する主磁気コイル１１０２を有する。隣接する各磁気コイル１１０２間には空間１１０８が形成されている。主磁気コイル１１０４Ｘは湾曲しており、主磁気コイル１１０４の各端部が２つの隣接する主磁気コイル１１０２の端部と重なり合うように主磁気コイル１１０２Ｘの外側に位置されている（ここでＸはコイル番号）。例えば、主磁気コイル端部１１０４２Ａ及び１１０４２Ｂは主磁気コイル端部１１０２２Ａ及び１１０２１Ｂにそれぞれ重なっている。主磁気コイル１１０４はそれぞれが約９０度の範囲に亘り処理チャンバ７０１を取り囲んでいる。隣接する主磁気コイル１１０４の間には空間１１１０が在る。加えて、主磁気コイル１１０４は主磁気コイル１１０２から約９０度ずれている。
【００４８】
図１４は処理チャンバ７０１を取り囲む別の実施形態の磁気コイル構成１２００の上面図である。この構成は主コイルが重なり合わないという点を除き、図３及び５の構成と同様である。磁気コイル構成１２００は主磁気コイル１２０２１、１２０２２、１２０２３及び１２０２４（主磁気コイル１２０２と総称する）及び副磁気コイル１２０４１、１２０４２、１２０４３、及び１２０４４（副磁気コイル１２０４と総称する）を含む。各主磁気コイル１２０２は内側方向に湾曲し、処理チャンバ７０１を取り囲み、処理チャンバ７０１の円周の約９０度の範囲をカバーしている。各主磁気コイル１２０２は別の２つの主磁気コイル１２０２に隣接している。隣接する主磁気コイル１２０２は、各主磁気コイル１２０２の隣接する端部間に空間１２０６が形成されるように端部と端部を突き合わせて位置される。
【００４９】
副磁気コイル１２０４は隣接する主磁気コイル１２０２の間に形成された空間１２０６に隣接して位置される。副磁気コイルの中心は、主磁気コイルの中心から４５度ずれて位置されている。副磁気コイル１２０４によりチャンバ内で発生する磁場の形状が改善される。コイルを８つの独立した電流で駆動する場合、この構成によりチャンバ内で発生する磁場の形状の制御性が実質的に改善される。図面では、副磁気コイル１２０４を主磁気コイル１２０４の外周上に位置するものとして図示している。
【００５０】
動作中、３つのコイル対に給電することで、例えば高電流をコイル１２０２２及び１２０２３に、中電流をコイル１２０４２及び１２０４４に、低電流をコイル１２０２１及び１２０２４に給電することで磁場勾配をチャンバ内に形成可能である。主磁気コイルの対は凹状磁場を形成し、副磁気コイルの対は凸状磁場を形成する。これらの磁場のベクトルを合成することで、基板を横断する、改善された平行磁力線を描く磁場が形成される。
【００５１】
図１５は処理チャンバ７０１を取り囲む別の実施形態の磁気コイル構成１３００の上面図である。磁気コイル構成１３００は主磁気コイル１２０１１、１２０２２、１２０２３及び１２０２４（主磁気コイル１２０２と総称する）、副磁気コイル１２０４１、１２０４２、１２０４３及び１２０４４（副磁気コイル１２０４と総称する）、及び副磁気コイル１３０４１、１３０４２、１３０４３及び１３０４４（副磁気コイル１３０４と総称する）を含む。各主磁気コイル１２０２は内側方向に湾曲し、処理チャンバ７０１を取り囲み、処理チャンバ７０１の円周の約９０度に亘る範囲をカバーしている。各主磁気コイル１２０２は別の２つの主磁気コイル１２０２に隣接している。隣接する主磁気コイル１２０２は、各主磁気コイル１２０２の隣接する端部間に空間１２０６が形成されるように端部と端部とを突き合わせて位置される。副磁気コイル１３０４は副磁気コイル１２０４に並置される。副磁気コイル１３０４により、主磁気コイル１２０４の間の空間１２０６付近に位置されるコイル巻線の数が増大する。副磁気コイル１３０４の追加により、主磁気コイル１２０２及び副磁気コイル１２０４によって発生した磁場に別の磁場が加成される。この実施形態においては、１２個の電流を印加することで磁場形状の制御性を実質的に改善することが可能である。或いは、図７Ａに関連して説明したように、副磁気コイルを隣接する主コイルに直列で配線することで、４つの電流供給源しか用いずにこの構成を駆動することが可能である。
【００５２】
図１６は処理チャンバ７０１を取り囲む別の実施形態の磁気コイル構成１４００の上面図である。磁気コイル構成１４００は主磁気コイル１４０２１、１４０２２、１４０２３及び１４０２４（主磁気コイル１４０２と総称する）及び副磁気コイル１４０４１、１４０４２、１４０４３、及び１４０４４（副磁気コイル１４０４と総称する）を含む。各主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４は湾曲しており、同一面上にあり、端部を突き合わせて交互に配置されている。各自交互に位置された主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４の間には空間１４０６が形成されている。主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４によってカバーする領域は処理チャンバ７０１の円周の約９０度分である。
【００５３】
図１７は処理チャンバ７０１を取り囲む磁気コイル構成１５００の実施形態の上面図である。磁気コイル構成１５００は主磁気コイル１４０２１、１４０２２、１４０２３及び１４０２４（主磁気コイル１４０２と総称する）、副磁気コイル１４０４１、１４０４２、１４０４３、及び１４０４４（副磁気コイル１４０４と総称する）、及び副磁気コイル１５０２１、１５０２２、１５０２３及び１５０２４（副磁気コイル１５０２と総称する）を含む。各主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４は湾曲し、同一面上にあり、端部と端部を突きあわせて交互に位置されている。各自交互に位置された主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４の間には空間１４０６が形成されている。副磁気コイル１５０２は副磁気コイル１４０４に並列されている（つまり、実質的に平行）。主磁気コイル１４０２及び副磁気コイル１４０４がカバーする領域は処理チャンバ７０１の円周の約９０度分である。副磁気コイル１５０２の追加により、副磁気コイル１４０４によって発生した磁場に別の磁場が加成され、磁場が強化される。この実施形態においては、１２個の電流を印加して磁場形状の制御性を実質的に改善することが可能である。或いは、図７Ａに関連して説明したように、副磁気コイルを隣接する主コイルに直列で配線することで、４つの電流供給源しか用いずにこの構成を駆動することが可能となる。
【００５４】
図１８Ａは処理チャンバ７０１を取り囲む別の実施形態の磁気コイル構成１６００Ａの斜視図である。磁気コイル構成１６００は主磁気コイル１６０４１、１６０４２、１６０４３及び１６０４４（主磁気コイル１６０４と総称する）及び副磁気コイル対１６０２１、１６０２２、１６０２３、及び１６０２４（副磁気コイル１６０２と総称する）を含む。この実施形態において、副磁気コイル１６０２の対は、主コイル１６０４の関連する中心と整列している。副磁気コイル１６０２は関連する主コイルの上部及び底部に近接して位置している。副磁気コイル１６０２１、１６０２２、１６０２３及び１６０２４により修正磁場が発生し、チャンバ内の磁場の形状が改善される。主磁気コイルは本願に記載の先行の実施形態で記載したように重ね合わせてもよい。
【００５５】
図１８Ｂは、水平方向の副磁気コイル１６０２が主磁気コイル１６０４によって取り囲まれた領域の外側に位置されているという点を除いて、図１８Ａと同様のコイル構成１６００Ｂを有する、本発明の実施形態の斜視図である。
【００５６】
図１９Ａは処理チャンバ７０１を取り囲む別の実施形態の磁気コイル構成１７００Ａの斜視図である。磁気コイル構成１７００は主磁気コイル１６０４１、１６０４２、１６０４３及び１６０４４（主磁気コイル１６０４と総称する）及び垂直方向及び水平方向副磁気コイルセット１７０２１、１７０２２、１７０２３及び１７０２４（副磁気コイル対１７０２と総称する）を含む。各コイルセットは、例えば、２つの水平コイル（例えば、コイル１７０２１Ｂ及び１７０２１Ｄ）と２つの垂直コイル（例えば、１７０２１Ａ及び１７０２１Ｃ）を含む。これらの２０個のコイルのそれぞれを別々の電流で駆動することで、チャンバ内で発生する磁場の形状を実質的に制御することができる。２０個のコイルにより、基板の処理を最適化する磁場形状を形成するにあたって柔軟性も得られる。或いは、様々なコイルのサブセットを図７Ａで図示したものと同様に直列に接続することで、電流の使用を２０未満にすることも可能である。又、或いは、主磁気コイルは本願に記載の先行の実施形態で記載したように重ね合わせてもよい。
【００５７】
図１９Ｂは、垂直方向及び水平方向副磁気コイル１７０４が主磁気コイル１６０４によって取り囲まれた領域の外側に位置されているという点を除いて、図１９Ａのものと同様のコイル構成１７００Ｂを有する、本発明の実施形態の斜視図である。図示してはいないが、別の実施形態においては、主コイル内外のコイルの組合せも考えられる。
【００５８】
図１９Ｃは図５及び図１８Ａの構成を組み合わせたコイル構成１７００Ｃを有する、本発明の実施形態の斜視図である。具体的には、磁気コイル構成１７００Ｃは４つの主磁気コイル３０２１、３０２２、３０２３及び３０２４、４つの垂直副磁気コイル６０４１、６０４２、６０４３、及び６０４４、及び８つの水平副磁気コイル１６０２１、１６０２２、１６０２３、及び１６０２４で囲まれたチャンバ７０１を備える。４つの垂直副磁気コイル５０４１、５０４２、５０４３及び５０４４のそれぞれは主磁気コイル３０２１、３０２２、３０２３及び３０２４の重なり部に近接して位置される。水平副磁気コイル１６０２１、１６０２２、１６０２３、及び１６０２４はコイル対として位置され、一対のコイルの片方は主コイルの上部近傍に、対のもう一方は主コイルの底部近傍に位置される。１６個の電流を用いて各コイルを独立して駆動してもよい。或いは、この構成を４つの電流しか使わずに駆動してもよい。４電流システムを完成させるためには、垂直副磁気コイル５０２１、５０２２、５０２３及び５０２４を二重に巻回し、５つのコイルを直列に配線して１つのコイルで駆動する。例えば、コイル５０４２及び５０４３の二重巻線の半分はコイル対１６０２１及び主コイル３０２３と直列に接続される。各副磁気コイルの巻回数は、主磁気コイルによって形成される磁場を最適に成形するようにと既定されている。
【００５９】
図２０Ａは図１９Ａの実施形態の側面図であり、副磁気コイル１７０２は主コイル１６０４の内側に位置されている。このため、副磁気コイル１７０２内の（矢印で示す）電流は、主磁気コイル１６０４内の電流と同一の方向に流れ、これは個々のコイル用の電流が全て時計回り方向に移動することを意味している。従って、これら５つのコイルによって発生した磁場は全て同一の方向、つまり紙面内方を向いているため、ベクトルは加成性となる。加えて、図示した単一の主コイルに直接隣り合う各副コイルの一部内において、電流流れの方向は主コイルと同一である。対照的に、図２０Ｂは図１９Ｂに図示の実施形態の側面図を示し、副磁気コイル１７０４１は主磁気コイル１６０４１の外側に配置されている。図２０Ａと同様に、副磁気コイル１７０２内の電流は主磁気コイル１６０４内の電流と同一方向に流れ、これは個々のコイルの電流が全て時計方向に移動していることを意味している。従って、これら５つのコイルによって発生した磁場は全て同一の方向、つまり紙面内方を向いているため、ベクトルは加成性となる。但し、副コイルは主コイルの外側に位置していることから、図示した単一の主コイルに直接隣り合う各副コイルの一部内において、電流流れの方向は主コイルの方向とは逆となる。設計という観点からすると、これは図１９Ｂの実施形態の副磁気コイル１７０４と比較して、ワークピースに対して同一の修正磁場を生成するための、図１９Ａの実施形態の副磁気コイル１６０４を形成するのに必要なワイヤ巻回の数が少ないことを意味している。
【００６０】
図２１は本発明の別の実施形態の斜視図である。この実施形態において、副磁気コイル２１００は２つのコイル２１００Ａと２１００Ｂに分割されており、チャンバ７０１の４つの側部上に垂直方向に積み重ねられている。この実施形態では、チャンバ円周を１８０度カバーし、かつ主及び副磁気コイルの中心が整列した主磁気コイル２１０２を図示している。副磁気コイル２１００を２つの部位に分割することで、磁場形状を確立するために１２個の電流を使用することが可能となる。本願に記載のその他の主磁気コイル構成を用いてもよい。この実施形態においては、１２個の電流を印加することで磁場形状の制御性を実質的に改善している。或いは、副磁気コイルを隣接する主コイルに直列で配線することで、４つの電流供給源しか用いずにこの構成を駆動することが可能であり、例えば、互いに直近で上下に配置されている副コイル対を、このコイル対が隣接し、かつ同一のコイル中心を共有するところの１つの主コイルに配線する。
【００６１】
上記に記載の本発明の多様な実施形態に関しては、多数のシミュレーションを実施した。図２２Ａ−２２Ｋは本発明の先行の実施形態のみならず、従来技術によって形成された磁場をそれぞれ図示している。図２２Ａは図２の実施形態により形成された磁場勾配を示し、２つの隣接する主コイルが給電されている。磁場勾配の傾斜は８５Ｇから１０Ｇである。図２２Ｂは、２つの隣り合う主コイルに給電した場合の、図３の実施形態により形成された磁場勾配を図示している。ここで、幅を拡張したコイルにより高磁場強度側は７５Ｇまで低下し、中心磁場強度は３５Ｇに維持され、低磁場強度側は１２Ｇへと上昇している。このため、幅を拡張したコイルは磁場の勾配を「平坦化」していることになる。
【００６２】
図２２Ｃは図５の実施形態により形成された磁場を図示しており、２つの隣り合う主コイル及び２つの対向する副磁気コイルが給電されている。ここで、勾配は更に平坦化され、高磁場側の強度は副磁気コイルへの電流強度で調整可能である。図２２Ｄは２つの隣接する主コイルと２つの隣接する副磁気コイルに給電した図１１の実施形態によって形成された磁場強度を図示している。この実施形態により、副磁場コイル電流で調節可能な高磁場値を有する、実質的に均一な磁場が形成される。図２２Ｅは２つの隣接する主磁場コイルと４つの上方及び下方副磁気コイルを有し、２つの対向するコーナー部のコイルが給電された図１９Ｃの実施形態によって形成された磁場を図示している。磁場は明確に画成された勾配を有し、高磁場値側は副磁気コイル電流で調節可能である。従って、図２２Ａから２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｅへの進行は、重ね合わせた主コイル、コーナー部でのコイルの追加、及び上方及び下方コイルの追加により高磁場端部が８５Ｇから６０Ｇへと低下する一方で、ワークピース中心では３５Ｇが維持され続け、低磁場強度は１０Ｇから１５Ｇの間で維持されることを示している。高磁場端部での磁場強度のこの低下により、瞬間エッチング速度均一性と時間平均（回転した磁場）エッチング速度の均一性の双方が改善されることが示されている。低磁場端部での磁場強度は、第２の主コイル対の電流を用いることで更に制御できる。加えて、ワークピースの高磁場端部での磁場値は、各コイルにおける相対電流を制御して所望の磁場形状を達成することで完全に制御可能である（例えば、８５Ｇ、７０Ｇ、６０Ｇ、５５Ｇ等）。
【００６３】
図２２Ｆは図２の従来技術によって発生した磁場を図示しており、２つの対向するコイルに給電している。基板上の磁場強度はさほど均一ではなく、つまり基板中心での磁場強度が５０Ｇであるのに対して磁場強度は７９Ｇから３９Ｇと、その数値幅は４０Ｇに亘ることに留意して欲しい。図２２Ｇは図３の実施形態によって形成される磁場を図示しており、２つの対向する、幅を拡張したコイルに給電している。磁場の均一性は図２２Ｆの磁場よりも改善されている。図２２Ｈは、２つの対向する主コイルと給電した４つの副磁気コイルを有する図５の実施形態によって形成された磁場を図示している。この結果、磁場の均一性が改善される。図１９Ｃの実施形態のように上方及び下方コイルを追加し、これらのコイルに給電した場合の結果が、図２２Ｉの磁場である。この時点で磁場はほぼ完全に均一である。従って、図２２Ｆから２２Ｇ、２２Ｈから２２Ｉへの進行は、重ね合わせた主コイル、コーナー部でのコイルの追加、及び上方及び下方コイルの追加により、基板中心での磁場強度が５０Ｇであるのに対して、磁場強度の均一性が数値幅４０Ｇから範囲幅６Ｇにまで全体的に改善されることを示している。これらの結果は、各コイルの形状や位置の更なる改変、コイルの追加、及び適切なコイル全てに給電されている電流の微調整することで更に改善可能である。
【００６４】
図２２Ｊは図１１の実施形態により形成された磁場を図示しており、１８０度の主コイル４つ全てが給電されている。この実施形態は、従来技術（図２２Ｆ）の磁場よりも改善されていることを示している。副磁気コイルにも給電した場合、磁場の均一性は図２２Ｋに図示したように更に改善される。
【００６５】
磁場の回転
半導体チャンバにおいて、エッチング及び／又は堆積処理を実行するプラズマは中性種及び荷電種から成る。荷電種はマイクロ秒より短い時間スケールで生じる力に反応する。半導体業界におけるＲＦ発生装置はプラズマに給電するためにＲＦ周波数を使用することが多く、１ＭＨｚから２００ＭＨｚの周波数範囲であり、発振周期は５ナノ秒から１マイクロ秒の範囲となる。但し、磁場回転の総周期は通常、もっと長い。例えば、一実施形態において、総磁場回転周期は約４秒である。電磁コイルを流れる電流における変化は、電流供給源への制御信号の変更に引き続いてミリ秒オーダーで測定される。ＲＦ整合回路における変化（同調整合固定周波数又は同調周波数固定整合のいずれか）は、プラズマインピーダンスへの変更に引き続き、１００ミリ秒台である。回転を目的とした磁場形状における変更はミリ秒単位で行うことができるが、ＲＦ同調回路は１００ミリ秒台で反応する。このため、プラズマインピーダンス及びＲＦ同調回路は約１００ミリ秒台の時間周期で不整合となる一方で、ＲＦ同調制御回路は反応し、適切な、新規の整合制御設定を決定する。
【００６６】
プラズマインピーダンスとＲＦ同調回路との不整合は、反射電力の上昇へとつながる。加えて、４秒回転スキームと仮定した場合、ＲＦ同調回路は時間の１０％以上を所望のもより高い反射電力に費やすため、磁場回転周期毎にプラズマに伝達される総エネルギー量は著しく低下することが判明している。更に、同調整合固定周波数構成の回路の場合、累積不整合時間と強度が大きいと、同調整合回路の機械部品はかなり早く磨耗する可能性がある。
【００６７】
従って、エッチング速度均一性を改善するためには適切な磁場形状を選択するだけでなく、磁場の回転がＲＦ整合に与える影響を最小限とし、磁場回転周期毎にプラズマに供給される総エネルギーが最大となるように適切に磁場の移行を行うことが重要である。従って、磁場の回転中、電磁石中を流れるＤＣ電流波形を制御して、回転磁場によって生じるプラズマインピーダンスにおける変化により迅速に対応できるようＲＦ同調回路を補佐してもよい。
【００６８】
本願で開示の磁場の回転方法は、磁場制御を２つの基本成分に規定している。つまり（１）通常、磁場がその時間のほぼ全てに亘りとっている磁場形状（以下、「形状」又は「１次形状」と称する）及び（２）次の磁場形状への移行形状（又は複数の移行形状）（以下、「移行形状」と称する）。例えば、４つの磁気コイルを有する又は本質的に４つの磁気コイルに単純化される対称性を有する実施形態において（図１、２、３、４Ａ、８Ａ、１１、１８Ａ、１８Ｂ及び２１に図示のように）、１次磁場形状は図面では０度と称される任意の方向から開始される。ハードウェアを制御することで、移行磁場形状、続いて９０度回転した１次磁場形状が再度得られる。このため、完全な回転は省略して書くと以下のようになる。
形状（０度）→移行（０−９０度）→形状（９０度）→移行（９０−１８０度）→形状（１８０度）→移行（１８０−２７０度）→形状（２７０度）→移行（２７０−０度）→形状（０度）に戻る。
従って、０度での形状及び０度から９０度への移行形状を規定することで、全回転を説明することができる。回転を時計回り又は反時計回りのいずれかに制御する、及び１次磁場形状間で複数の移行を行うことが考えられる。
【００６９】
本願において、実施形態で言及されるコイル数は全コイル配列の中央内部位置（例えば、その周囲にコイルが配置された処理チャンバの中心）に相対させてのコイル中心の方位角によって決定される。例えば、図３に図示の４コイル配列において、コイル３０２１−４の中心点は処理チャンバの中心に対して０、９０、１８０及び２７０度であると規定してもよい。加えて、図１１の実施形態では８つのコイル（９０２１−４及び９０６１−４）を図示しているが、各コイル９０２及び９０６のそれぞれは処理チャンバの中心に対して同一角度に沿った中心点を有する。従って、９０２１−４及び対応するコイル９０６１−４の中心点も０、９０、１８０及び２７０度に在ると規定してもよい。このことから、本願で使用の４コイル実施形態は４コイル回転スキームを用いると考えることもできる。但し、図５に図示したような８コイル実施形態はチャンバ中心に対して０、４５、９０、１３５、１８０、２２５、２７０及び３１５度の中心点を有する。磁場を回転させる電流駆動装置という観点から見ると、これは８コイル配列となり、８コイル回転スキームを用いることになる。
【００７０】
理解し易くするために、コイルに供給される高電流及び低電流は簡略化して表記され、高電流は±１に正規化され、低電流は高電流に対してのパーセンテージ（つまり、１より小さい数字）として表わされる。このため、磁場の形状は、コイルに供給される電流を参照することで説明することができる。例えば、４つのコイル又は４つのコイル対称性を有するチャンバにおいて、磁場の形状は[＋１、−１、−Ｒ、＋Ｒ]と表現することができ、[コイル番号１、コイル番号２、コイル番号３、コイル番号４]における相対電流をそれぞれ表わす。正／負記号は、磁場の方向を示している。特定のコイルにおいて、正の電流は磁場がコイルから半導体処理チャンバ内部に向くことを意味しており、負の電流は磁場がチャンバの外を向くことを意味している（例えば、磁気コンパスをチャンバ中心の台座部上に載せた場合、その針は通常の環境下では北を向くが、正の電流では針は単一の給電コイルとは反対方向を向き、負の電流では針はコイルの方向を向く）。コイル配列について、コイルの番号は、チャンバを上部からみた場合の時計回り方向に割り振った。
【００７１】
上記段落は本願に記載の方法を簡単に説明するための表記システムに過ぎず、本発明の磁場回転方法の説明には別の表記システム又は上記の変形版を使用することもできる（図３２及び３５に関連した以下で使用するように）。例えば、Ｒの値は１より大きい場合があり、或いは電流を正規化する必要はなく、コイルにはどんなやり方で番号を割り振ってもよく、正の電流により磁場が処理チャンバの外側を向くように特定のコイルを巻回する等、或いはこの組合せを用いてもよい。
【００７２】
例えば、図２に図示されるような従来技術による元来の４コイル実施形態において、４つのコイルは典型的には２つの隣接するコイル対（例えば、コイル６、８）に高電流を、残りの２つの隣接するコイル対（例えばコイル７、９）に低電流を印加することで作動させる。図２３は図２に図示したものと同様の慣用の４コイル式チャンバについての標準的な回転方法を図示している。どの形状を形成するにしても、チャンバ内に進入するＢ磁場の量は正の数の合計であり、チャンバ外に出ていくＢ磁場の量は負の数の合計である。図２３に図示の実施形態において、チャンバ内に進入するＢ磁場の量は１＋Ｒ（コイル番号１について＋１、コイル番号４について＋Ｒ）である。同様に、チャンバ外に出るＢ磁場の量は−（１＋Ｒ）である。移行工程において、チャンバ内に進入するＢ磁場の量は＋１（コイル番号１について＋１、コイル番号４についてゼロ）、チャンバ外に出るＢ磁場の量は−１である。Ｒ値が上昇するにつれ、１次形状及び移行形状間での磁場強度における差異もまた上昇する。従って、電流設定における変更及び形状（１＋Ｒ）と移行形状（１）との間で生じる総磁場における差異の双方によって生じる、移行工程中及びその直後のＲＦ同調回路不整合への影響はＲ値が上昇するにつれ徐々により深刻なものとなることが従来から観察されている。
【００７３】
従って、本願では従来技術における上記記載の問題を克服する磁場回転方法を提供する。具体的には、図２４は半導体処理チャンバ内で磁場を回転させるための方法２４００の一実施形態の簡略フロー図である。方法２４００は１次磁場形状を規定する工程２４０２から開始される。次に、工程２４０４で、磁場を第１移行磁場形状へと変化させる。一実施形態において、第１移行磁場形状への変化は、チャンバの様々なコイルに印加する電流を変化させることで達成される。工程２４０６で、磁場を第２移行磁場形状へと変化させる。任意で、最終的に工程２４１０で磁場が１回転した１次磁場形状に変化するまで、工程２４０８で磁場を追加の移行磁場形状に変化させてもよい。一実施形態においては、チャンバとコイルの４重の対称性により、回転させた１次磁場形状が９０度回転させた１次磁場形状となることもある。回転させた１次磁場形状が９０度回転させた１次磁場形状と異なっていることも考えられる。工程２４１２で、工程２４０４から２４１０を必要なだけ繰り返して磁場を回転させ続けてもよい。各１次磁場形状間に複数の移行工程を設けることにより、方法２４００では、磁場における次の変更に先んじた磁場の変化によって生じる新規のプラズマインピーダンスにＲＦ同調回路が整合する時間ができることから、有利である。従って、ＲＦ同調回路が不整合状態にある時間が短縮され、機械同調部品を有するＲＦ同調回路において磨耗が軽減される。
【００７４】
任意で、この方法全体を通してチャンバに出入りする総磁場の強度を、様々なコイルに印加する電流を選択することで一定に維持してもよい。各移行工程を通して実質的に一定の磁場強度を維持することで、磁場強度における変化がプラズマに与える影響を最小限とし、ＲＦ同調回路への負担を更に軽減する。或いは又はこれに組合せて、方法２４００は、いずれの連続する工程間においてコイルが１つだけゼロ電流点を通過する（つまり、正から負の電流又はその逆へと移行する）ものであってもよい。ゼロ電流を通過するコイルのそのゼロ電流モーメントに時間のずれが生じるように制御することで、磁場の強度と変化がプラズマに与える影響が更に軽減される。
【００７５】
上記の方法２４００は処理チャンバ内で磁場を回転させる際の２つの有利なガイドラインを反映している。まず第１に、いずれの所定の時間でチャンバ内に進入する（及びチャンバから出る）磁場の量はおおよそ同じである。従って、各１次磁場形状及び１次形状間の移行時の形状は、各工程中、ほぼ同じ磁場強度を有している。第２に、各大コイル（例えば、４コイル式チャンバの４つのコイル全て、及び８コイル式チャンバの４つの大コイル）が同時、つまり同じ２つの工程間でゼロ電流を通過して移行することはない。このため、方法２４００では磁場における強度の変化及びこういった変化がプラズマに与える影響を最小限にでき、有利である。或いは、実施形態によっては、回転中の磁場の強度を最大印加強度の２０パーセント以内、実施形態によっては１０パーセント以内に制御してもよい。上述したように、磁場の強度における変動を最小限にすることにより、処理チャンバのＲＦ回路上へだけでなくプラズマへの影響をも最小限に留めることが容易となり、有利である。
【００７６】
上記方法の実施形態及び上で開示の１つ以上のガイドラインを採用したその変形は、本願で開示の処理チャンバ又は本願で記載の電磁石を有する次世代の処理チャンバのみならず慣用の処理チャンバの双方で利用してもよい。制御・回転される磁場は均一、傾斜、又は不均一であってもよい。４つの主磁気コイル及び４回のコイル移行を効果的に用いる構成を有するチャンバの場合、移行スキームの論理（ＲＦ回路の同調時間、インクリメント工程、ゼロ交差、移行時のＢ磁場強度等）及び上記で開示のガイドラインの使用により、慣用の回転方法の問題を克服する磁場回転方法が得られる。１次磁場形状は、上記記載の原理及び表記法を用いて規定することができる。以下に、上記の方法２４００の特定の実施形態を説明する実例の幾つかを記載する。
【００７７】
図２５は、図１、２、３、４Ａ、８Ａ、１１、１８Ａ、１８Ｂ及び２１に図示のチャンバ等であるがこれに限定されるわけではない、４つのコイル又は効果的な４つのコイルを有する処理チャンバでの使用に適した磁場回転シーケンス２５００を示す表である。シーケンス２５００における各磁場形状又は移行形状は、処理チャンバの４つのコイル（又はコイルセット）（図２５ではコイル番号１、２、３、４と識別される）に印加される電流によって規定される。上述したように、電流は数字１が最高電流を表わし、文字Ｒが１次磁場形状に関連した高電力に対するパーセンテージとしての低電流を示す、正規化表記で表わされている（図２５に形状０度、９０度、１８０度、２７０度として図示）。
【００７８】
シーケンス２５００は各１次磁場形状の間に２つの移行形状を含む（各１次形状につき移行Ａ、Ｂと表記）。加えて、ゼロ電流を通る（つまり、コイルに印加された正の電流から同じコイルに印加された負の電流へ、又はその逆）コイルの移行をシーケンス全体を通して交互とすることで、２つのコイルが同時にゼロ電流を通過することを回避している。例えば、１列目から２列目にかけて（形状０度から移行Ａ、０度）、コイル番号４だけがゼロ電流を通過している（列１の＋Ｒから列２の−（０．５＊Ｒ））。列２から列３へと続く際、コイル番号２は列２の（−（０．５＊Ｒ））から列３の＋Ｒへとゼロ電流を通過する唯一のコイルである。従って、ゼロ電流を通るコイルによる磁場への影響は、シーケンス２５００全体を通して１度に１つのコイルだけにゼロ電流を通過させることで最小限に抑えられる。
【００７９】
加えて、各１次形状又は移行形状を形成するための正の印加電流の合計及び負の印加電流の合計は一定に維持される。例えば、シーケンス２５００の任意の列において（つまり、いずれの１次形状又は移行形状において）、正の電流の合計は（１＋Ｒ）であり、負の電流の合計は−（１＋Ｒ）である。従って、任意の列におけるチャンバ内を出入りする磁場強度は等しい。更に、各列に印加される電流の強度は±（１＋Ｒ）に等しいため、回転シーケンス２５００を通しての電流の強度も一定となる。従って、チャンバに進入する及び外に出る磁場の強度はほぼ一定に維持される。
【００８０】
図２５に図示の実施形態において、磁場の１次形状を形成するための電流はそれぞれ０．９秒に亘って供給され、各移行においては時間は０．０５秒である。これらの時間は説明の便宜上のものに過ぎず、その他の時間も同様に使用し得る。例えば、移行時間は、少なくとも、ＲＦ同調回路が各移行工程後の新規条件に完全に適合するに十分な長さであるべきである。処理チャンバ上の特定の整合回路がより迅速に応答するならば、時間はより短縮される。逆に言えば、応答が遅くなると、本願に記載の回転法の利点を十分に享受するにはより長い時間が必要となる。
【００８１】
本願に開示の回転法のガイドラインに沿った、その他の移行スキームを利用することも考えられる。例えば、図２６は４つのコイル又は４コイル型の対称性を有する処理チャンバでの使用に適した磁場回転シーケンス２６００を示す表を図示している。図２６に図示の表は上記で説明の図２５のものと同様であり、１次形状間の移行数が増えた（各１次形状間の移行Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥとして示す）という点だけが異なる。上記記載の回転シーケンスのいずれにおいても、或いは上記で開示のガイドラインに沿ったその他の回転シーケンスにおいても、概説した一般ガイドラインに従いつつも、その他の移行数、別の１次形状及び移行形状時間周期、その他のＲ値、及び／又はその他の相対電流値を使用することも考えられる。
【００８２】
図２７Ａ−Ｃはそれぞれ図２３、２５及び２６に関連して上述した回転法全体を通しての、４コイル式チャンバにおける磁場の概略図である。具体的には、図２７Ａは図２３に図示のものと同様の、慣用の磁場回転シーケンス（４５度、又は９０度の回転）を図示している。図２７Ａに図示されるように、第１の１次形状２７０２は１回の移行２７０４を経て回転された１次形状２７０６へと９０度回転している。図２７Ｂは、図２５に図示のものと同様の、本発明による磁場回転シーケンス（４５度、又は９０度の回転）を図示している。図２７Ｂに図示されるように、第１の１次形状２７１２は、２回の移行２７１４Ａ及び２７１４Ｂを経て、回転された１次形状２７１６へと９０度回転されている。図２７Ｃは、図２６に図示のものと同様の、本発明による磁場回転シーケンス（４５度、又は９０度回転）を図示している。図２７Ｃに図示されるように、第１の１次形状２７２２は５回の移行２７２４Ａ、２７２４Ｂ、２７２４Ｃ、２７２４Ｄ、及び２７２４Ｅを経て、回転された１次形状２７２６へと９０度回転されている。図において、点線は強度の弱いほうの磁場を示しており、印加された磁場の相対磁場を示すためのものにすぎない。
【００８３】
図２８Ａ及び２８Ｂは図２３、２５及び２６に図示の各回転シーケンスについての単一の回転シーケンスについて、時間の経過に従った相対印加コイル電流を比較したグラフである。図２８Ａのグラフは低Ｒ値を使用した場合の（Ｒ＝０．３３）図２３、２５、２６に図示の回転シーケンスを比較している。図２８Ｂのグラフは、高Ｒ値を使用した場合（Ｒ＝１）の図２３、２５、２６に図示の回転シーケンスを比較している。図２８Ａ及び２８Ｂの双方から見てとれるように、１次磁場形状間の移行回数を増加させることで、磁場における１回の変化の強度が軽減され、これに加え、印加電流を調節することで回転シーケンス中の磁場強度における変化が最小限に抑えられ、更に、移行にかかる総時間を延ばす及び／又は調節することで、同調回路及び／又は磁場変化により直接又は関節的に影響を受けるその他のコンポーネントがその変化に対応しやすくなる。これらの原理のそれぞれを単独で使用する又は組み合わせることで、回転サイクル全体を通してチャンバ内でのプラズマ安定性が改善され、有利である。
【００８４】
磁場形状は、コイルに印加する相対電流を選択することで更に制御してもよい（例えば、Ｒ値の制御による）。例えば、Ｒ値を低く、例えば約０．３３未満又は約０．３３に設定することで、上で開示の本発明の回転シーケンスのいずれかを用いて傾斜磁場を形成及び回転させることができる。或いは、Ｒ値を高く、例えば約１と設定することで、上で開示の本発明の回転シーケンスのいずれかを用いて平坦な磁場を形成及び回転させることができる。所定の処理に向けて選択する特定のＲ値は複数の要因、例えば、処理圧力、カソード上のＲＦ電力、処理ガスの選択、ウェハ縁部のすぐ隣に位置する処理キットのデザイン等に依存する。特定のＲ値の選択及び使用についての更なる詳細はシャンその他（Ｓｈａｎ）に２０００年９月５日に発行された米国特許番号第６１１３７３１号に記載されており、参照により本願に全て組み込まれる。
【００８５】
磁場の移行を制御するための本発明の方法は、別の構成に配列した磁気コイルを有する処理チャンバにも応用できる（図４Ｂ−Ｃ、５−７、８Ｂ−Ｃ、９−１０、１２−１７、及び１９Ａ−Ｃで図解のもの又はその他の構成）。一実施形態において、０度での形状は８個全てのコイルを流れる電流から成ってもよい。或いは、より高い対称性が望ましい実施形態においては、０度での形状は８個のコイルのサブセットを流れる電流を含んでいてもよい。例えば、図２９は４重の対称性（例えば、４つの大側部コイル及び４つの小コーナー部コイル）を有する基板支持台座部２９２０の周囲に配置された８つの磁気コイル２９１０を有する処理チャンバ２９００の上部概略図である。線２９３０、２９３２、及び２９３４は８つのコイル２９１０の６つのコイルによって形成された磁場の方向と相対強度を示す。上述したように、点Ｂ及びＣでほぼ同一の強度を維持しながら点Ａでの磁場強度を低下させることで、エッチング速度の均一性という利点がウェハ性能で得られる。これは大側部コイル（例えば、図２９のコイル２９１２及び２９１４）における高電流を下げる一方で、コーナー部のコイルでの電流を上げることで（例えば、図２９のコイル２９１６及び２９１８）達成することができる。
【００８６】
８コイル構成で移行を行う場合、上記記載の原理に従った多様な回転スキームを決定することが可能である。チャンバ内外を出入りする磁場量をほぼ一貫して維持するという原則に関しては、ここでより多くのコイルを選択する必要がある。各大コイルがゼロ電流を通過する時間をずらすという原則に関しても、これをどう行うかについてここでより多くの選択肢がある。多様な回転スキームは、特定の電流供給源、コイル、コンピュータ制御回路、ＲＦプラズマ領域、プラズマ化学、ＲＦ電力レベル、圧力、ＲＦ同調回路等でもって特定の半導体エッチング及び／又は堆積ツール上でのその性能に基づいて評価することができる。ある処理条件及びハードウェアの組合せについての所望の回転スキームが、別の組合せの処理条件及びハードウェアにも望ましい回転スキームであるとは限らない。
【００８７】
以下の実施形態においては、時間の大部分について同一の基本磁気シールド形状を用いており、移行工程にのみ変更を加えている。これらのスキームのそれぞれにおける大きな違いは、各移行工程の構成である。上記教示に従った、移行工程数、印加電流の数値、異なるコイルに印加される電流間の関係その他が異なる別の回転スキームを使用することも考えられる。
【００８８】
例えば、図３０Ａ−Ｃは８つのコイルと８つの電流を用いた、磁場回転の例示的な方法を図示している。具体的には、図３０Ａ−Ｃはそれぞれ１次形状３００２、３０１２、及び３０２２が移行形状３００４Ａ−Ｅ、３０１４Ａ−Ｅ及び３０２４Ａ−Ｅを経て回転された１次形状３００６、３０１６及び３０２６に回転される様を図示している。図２７Ａに図示の中間工程（慣用の４コイル式回転法と称する）が均一な磁場であるのに対し、図３０Ａ−Ｃの中間工程の磁場は１次磁場が傾斜しているのと同様に全て傾斜している。図３０Ａ−Ｃでは標準磁場形状間での５つの移行工程を図示しているが、移行回数を各１次磁場形状毎に調節して、上述したように、プラズマ安定性を望むように制御することが可能である。図３１Ａ−Ｃは図３０Ａ−Ｃにそれぞれ対応する回転スキームでの相対側部コイル及びコーナー部コイル電流のグラフであり、それぞれの１次形状、移行形状、又は回転させた１次形状に対応する、参照符号をその上につけた回転シーケンスに対応する時間を有する。
【００８９】
図３２は８コイル構成を有する処理チャンバについての多様な回転スキームの工程に関する電流及び例示的な持続時間を示す表であり、このコイル構成では４つの主コイルと４つのコーナー部コイルを用いている（図２９で図示、かつ図３０Ａ−Ｃでそれぞれ図示したように）。各スキームについて、記載のデータは主、又は側部コイル及び対応するコーナー部コイルについてのものである。４重対称性回転スキームについて、全スキームはそのスキームを４つの部分に分割することで推測してもよい。残りのコイル２、３、４の電流は、４分の１ずつ電流を時間でシフトさせることで説明してもよい。同様に、８等コイル式スキームについても、スキームを８つの部分に分割してもよい。便宜上、コイルを上から見て時計回りに番号をふってもよい。加えて、各回転スキームを基本磁場形状を規定する要素Ａ、Ｂ及びＣ、スキームを更に微調整する要素Ｄ（スキームＶ）と要素Ｄ及びＥ（スキームＷ及びＸ）と書き記す。スキームＶでは０≦Ｄ≦１であり、スキームＷでは０≦Ｄ≦０．５及び０≦Ｅ≦０．５であり、及びスキームＸでは０≦Ｄ≦１．０及び０≦Ｅ≦０．５である。（以下で説明する）プラズマ安定性評価中、要素Ｄ及びＥによりプラズマ安定性が制御できて更に有利であることが判明した。
【００９０】
上記のスキームは、慣用の回転スキームよりも改善された磁場回転スキームの開発に融通が利くことを更に示している。例えば、慣用の回転スキームでは移行中の磁場は均一（つまり、平坦）である（例えば、図２７Ａにおいて参照番号２７０４で示されている）一方で、スキームＶ、Ｗ及びＸでは傾斜磁場（例えば、図３０Ａ−Ｃにおいてそれぞれ参照番号３００４Ａ−Ｅ、３０１４Ａ−Ｅ、３０２４Ａ−Ｅで図示されている）が形成され有利である。主磁場形状が傾斜していることから、傾斜磁場が好ましい（例えば、図２７Ａ−Ｃ及び図３０Ａ−Ｃに図示されるように）。
【００９１】
加えて、本願で開示の回転スキームは上述の原則の１つ以上を利用する（つまり、移行中における均一な磁場強度、移行工程数の増加、ゼロ電流を通過する各コイルの時間のずれ等）ことで慣用の回転スキームよりメリットがあるものになるという柔軟性がある。例えば、回転スキームＶ及びＷでは移行工程数を増やしているが、同時に２つの側部コイルの電流を切る。スキームＸでは移行工程数を増やしているが、側部コイルがゼロ電流を通過する時間ずらしている。
【００９２】
本願に開示の回転スキームの利用中、プラズマ安定性をカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能な３００ｍｍ  ｅＭＡＸ  ＣＴプラスチャンバで評価した。この機械は内蔵データ取得能を介した８コイル式ハードウェアを備えている（図５に図示したように配置）。評価の際は高電力レシピを選択し、磁場は約４０Ｇで操作した。同等の４コイル式の場合の結果と比較したところ、幾つかの異なる８コイル式回転スキームにおいては、構成変更可能な磁場（ＣＭＦ）比＝約１で、４コイル式標準回転よりも１０倍もプラズマ安定性が上昇することが判明した（ＶＲＦにおける変化の標準偏差により測定）。このため、８コイル式の構成では慣用の４コイル式の構成よりもプラズマ特性がはるかに滑らかなものになるという利点がある。更に、上記の利点は別の値のＣＭＦ比の磁場にも適用される。
【００９３】
４重対称性を有する８コイル式構成に加えて、上記の磁場回転原理は８個の均等なサイズのコイルを有するチャンバでも有利に利用し得る（図１２−１３に図示）。例えば、図３３は８個の同一サイズのコイルを有するチャンバ内において傾斜磁場を回転させるためのシーケンス３３００を図示している。シーケンスは第１形状３３０２から始まり、図のように４回の移行形状３３０４Ａ−Ｄを経て１次形状３３０２から時計周りに４５度傾いた回転された１次形状３３０６へと回転される。グラフ３３１０は回転スキームの相対コイル電流を示し、１次形状、移行形状、又は回転された１次形状に対応する参照番号をその上にふった回転シーケンスに対応する時間を有している。別の実施例としては、図３４は８つの等サイズのコイルを有するチャンバ内で傾斜磁場を回転させるためのシーケンス３４００を図示しており、１次形状３４０２から始まり、図のように４回の移行形状３４０４Ａ−Ｄを経て１次形状３４０２から時計周り方向に４５度傾斜した回転された１次形状３４０６に回転される。グラフ３４１０は回転スキームの相対コイル電流を示し、１次形状、移行形状、又は回転１次形状に対応する参照番号をその上にふった回転シーケンスに対応する時間を有している。
【００９４】
図３５は８個の等サイズのコイル構成を有する処理チャンバについての（図３３に図示のもの等）傾斜回転スキームの工程における電流及び持続時間例の表である。ここで示すデータは１つのコイルについてのものであり、スキームを８部分に分割することで全スキームを推測することができる。残りのコイル中の電流は、８分の１ずつ電流を時間でシフトさせることで説明してもよい。便宜上、コイルを上から見て時計周り方向に番号をふる。これに加え、回転スキームを要素Ａ、Ｂ及びＣと記し、基本磁場形状を規定する。
【００９５】
上記記載の磁場移行法は１つの処理レシピ工程内で磁場を回転させることに関連するが、上記教示は複数工程から成るプラズマ利用処理における工程間（予備エッチング、主又はバルクエッチング、及びオーバーエッチング工程等）又はいずれの連続工程中にプラズマを利用する複数工程型の処理における工程間（第１の一連の処理化学及び／又は条件を用いての第１層のエッチング及び第２の一連の処理化学及び／又は条件を用いての第２層のエッチング等）での磁場の移行にも適用できる。例えば、バイアス電力、ソース電力、チャンバ圧力、処理ガス、磁場強度の１つ以上を変更する場合（つまり、プラズマに影響を与える処理パラメータ全て）、磁場移行を調節することで、上記の実施形態の１つと同様の方法や処理パラメータにおける関連する変化を計算に入れたアルゴリズムを用いて、ＲＦ同調回路による応答を最適なものとすることが可能である。このような処理工程間での磁場移行の使用は、クートニーその他（Ｋｕｔｎｅｙ）により２００６年３月１０日に出願の、参照により本願に全て組み込まれるところの米国特許出願番号第１１／３７２７５２号に開示の原理と組み合わせることが可能である。
【００９６】
上述したように、本発明の磁場移行法により、より安定したプラズマ及びより均一な基板上でのエッチング速度が得られ、有利である。加えて、本発明の方法により、プラズマ安定性の制御性が向上することで基板及び処理チャンバへの損傷が軽減され、プラズマ内で大きな過渡現象が発生する可能性が低下し、更に有利であることも判明した。例えば、プラズマ内での大きな過渡現象により、基板上に配置された部分的に連結されたトランジスタにおいて、基板に損傷を与える望ましくない電流が生じる場合がある。
【００９７】
加えて、磁場により基板全体だけでなくチャンバ境界部でもプラズマ密度が上昇し、チャンバの内表面の浸食が増大する。こういった表面は陽極酸化アルミニウム、シリコン、炭化ケイ素、石英、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム及び／又は酸化イットリウム等の材料から成ることが多い。チャンバ表面における不整はこういった表面、例えば表面コーティングが薄くなる或いはこういった不整チャンバ表面付近での変性プラズマシース特性によりプラズマ密度が局所的に上昇する入口開口部付近等での浸食速度に悪影響を与える可能性がある。本願に記載の８コイル式ハードウェア及び回転方法の使用により、従来技術での４コイル式のハードウェアを用いた同等の処理条件の場合と比較して、所定のエッチング処理条件での基板だけでなくチャンバ境界部での最大磁場強度も低下する。従って、本願で開示の８コイル式回転法の使用によりチャンバ境界部でのプラズマ密度が低下し、これにより内側チャンバ境界部をコーティングしている表面の浸食速度が低下する。浸食速度が最も悪い位置については（例えば、内側チャンバ表面における近接した凹凸）、浸食速度は５０％も低下することから、より薄いチャンバコーティングの使用及び／又はこういったチャンバコーティング用のより低コストの製造方法の使用が容易になり、有利である。
【００９８】
従って、従来技術での問題を克服した磁場回転方法を本願にて提供する。具体的には、本発明の回転方法では磁場を移行させることにより、磁場における次の変更に先んじた磁場の変化によって生じる新規のプラズマインピーダンスにＲＦ同調回路が整合する時間ができることから、有利である。加えて、１次形状間での移行を制御することで、各移行工程を通して磁場強度を一定に維持し、磁場強度における変化がプラズマに与える影響を最小限に抑えることもできる。更に、移行を更に制御することでゼロ電流を通過するコイルのそのゼロ電流モーメントに時間のずれが生じ、磁場の強度と変化がプラズマに与える影響が更に軽減される。従って、本発明の磁場回転方法では磁場回転によって生じたプラズマインピーダンスにおける変化へのＲＦ同調回路のその適応性が向上するため有利であり、これはプラズマインピーダンスにおける変化を最小限にすること、及び磁場が回転する際の磁場における変化によって生じる新しいプラズマインピーダンスにＲＦ同調回路が整合する時間を与えることの双方によって行われる。
【００９９】
従って、これらのシミュレーションから、幅を拡張したコイルの使用によりチャンバ内で発生する磁場の形状は改善される。磁場の形状を更に改善するためには、修正磁場を発生する追加コイルを使用することが可能である。
【０１００】
更に、上記実施形態においては半導体ウェハ処理チャンバがドライエッチングチャンバとなっているが、当然ながらプラズマ形成を電磁石の使用により加速させるＣＶＤチャンバ等、その他のタイプの半導体ウェハ処理チャンバにも本発明は応用可能である。
【０１０１】
上記は本発明の多様な実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他および更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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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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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
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【図２２Ｇ】
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【図２２Ｈ】
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【図２２Ｉ】
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【図２２Ｊ】
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【図２２Ｋ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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