(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマエッチングチャンバのためのＴＣＣＴマッチング回路の改良方法を提供する。【解決手段】マッチング回路が、ＲＦ源に結合された電力入力回路と、電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを含み、内側コイル入力回路が、インダクタと、インダクタに直列に結合されたコンデンサとを含み、インダクタが、電力入力回路に接続し、コンデンサが、内側コイルの入力端子に接続し、第１のノードが、電力入力回路と内側コイル入力回路との間に画定され、内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路と、外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路とを含む。【選択図】図１
2014089957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ源とプラズマチャンバの間に結合されたマッチング回路であって、
ＲＦ源に結合された電力入力回路と、
前記電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを備え、前記内側コイル入力回路が、インダクタと、前記インダクタに直列に結合されたコンデンサとを含み、前記インダクタが、前記電力入力回路に接続し、前記コンデンサが、前記内側コイルの前記入力端子に接続し、第１のノードが、前記電力入力回路と前記内側コイル入力回路との間に画定され、
前記内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、
前記第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路と、
前記外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路と
を備えるマッチング回路。
【請求項２】
前記コンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの間の定格を有する可変コンデンサであり、
前記インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する
請求項１に記載のマッチング回路。
【請求項３】
前記外側コイル入力回路が、第２のコンデンサを含む請求項１に記載のマッチング回路。
【請求項４】
前記第２のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである請求項３に記載のマッチング回路。
【請求項５】
前記外側コイル出力回路が、第２のコンデンサを含む請求項１に記載のマッチング回路。
【請求項６】
前記第２のコンデンサが、約８０ｐＦ〜約１２０ｐＦの値を有する請求項５に記載のマッチング回路。
【請求項７】
前記電力入力回路が、前記ＲＦ源に結合された第２のコンデンサと、前記内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの間に結合された第３のコンデンサと、前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、前記第２のノードと接地点との間に結合された第４のコンデンサとを含む請求項１に記載のマッチング回路。
【請求項８】
前記第２のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第３のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、
前記第４のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する
請求項７に記載のマッチング回路。
【請求項９】
ＲＦ源に結合された電力入力回路と、
前記電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを備え、前記内側コイル入力回路が、インダクタと、前記インダクタに直列に結合された第１のコンデンサとを含み、前記インダクタが、前記電力入力回路に接続し、前記第１のコンデンサが、前記内側コイルの前記入力端子に接続し、第１のノードが、前記電力入力回路と前記内側コイル入力回路との間に画定され、
前記内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、
前記第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路と、
前記外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路であって、８５ｐＦよりも大きい値を有する第２のコンデンサを含む外側コイル出力回路と
を備えるマッチング回路。
【請求項１０】
前記第１のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの間の定格を有し、
前記インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する
請求項９に記載のマッチング回路。
【請求項１１】
前記外側コイル入力回路が、第３のコンデンサを含む請求項９に記載のマッチング回路。
【請求項１２】
前記第３のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである請求項１１に記載のマッチング回路。
【請求項１３】
前記電力入力回路が、前記ＲＦ源に結合された第３のコンデンサと、前記内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、前記第３のコンデンサと前記第２のインダクタとの間に結合された第４のコンデンサと、前記第３のコンデンサと前記第４のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、前記第２のノードと接地点との間に結合された第５のコンデンサとを含む請求項９に記載のマッチング回路。
【請求項１４】
前記第３のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第４のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、
前記第５のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する
請求項１３に記載のマッチング回路。
【請求項１５】
ＲＦ源に結合された電力入力回路と、
前記電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを備え、前記内側コイル入力回路が、インダクタと、前記インダクタに直列に結合された第１のコンデンサとを含み、前記インダクタが、前記電力入力回路に接続し、前記第１のコンデンサが、前記内側コイルの前記入力端子に接続し、第１のノードが、前記電力入力回路と前記内側コイル入力回路との間に画定され、
前記内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、
前記第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路であって、第２のコンデンサを含む外側コイル入力回路と、
前記外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路であって、第３のコンデンサを含む外側コイル出力回路と
を備えるマッチング回路。
【請求項１６】
前記第１のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの間の定格を有し、
前記インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する
請求項１５に記載のマッチング回路。
【請求項１７】
前記第２のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである請求項１５に記載のマッチング回路。
【請求項１８】
前記第３のコンデンサが、約８０ｐＦ〜約１２０ｐＦの値を有する請求項１５に記載のマッチング回路。
【請求項１９】
前記電力入力回路が、前記ＲＦ源に結合された第４のコンデンサと、前記内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、前記第４のコンデンサと前記第２のインダクタとの間に結合された第５のコンデンサと、前記第４のコンデンサと前記第５のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、前記第２のノードと接地点との間に結合された第６のコンデンサとを含む請求項１５に記載のマッチング回路。
【請求項２０】
前記第４のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第５のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、
前記第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、
前記第６のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する
請求項１９に記載のマッチング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、２０１２年１２月３１日出願の「TCCT Match Circuit for Plasma Etch Chambers」という名称の米国仮特許出願第６１／７４７，９１９号の優先権を主張する。本出願は、２０１２年１０月２３日出願の「Faraday Shield Having Plasma Density Decoupling Structure Between TCP Coiling Zones」という名称の米国特許出願第１３／６５８，６５２号の一部継続出願としての優先権を主張する。上記の米国特許出願は、２０１１年８月４日出願の「Internal Faraday Shield Having Distributed Chevron Patterns and Correlated Positioning Relative to External Inner and Outer TCP Coil」という名称の米国特許出願第１３／１９８，６８３号の一部継続出願としての優先権を主張する。上記の米国特許出願は、２０１１年４月２８日出願の「Internal Faraday Shield  Having Distributed Chevron Patterns and Correlated Positioning Relative to External Inner and outer TCP Coil」という名称の米国仮特許出願第６１／４８０，３１４号の優先権を主張する。これらの出願の開示の全体をあらゆる目的のため参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、一般に半導体製造に関し、より詳細には、プラズマエッチングチャンバ用のＴＣＣＴマッチング回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体製造において、エッチングプロセスは、一般的に繰り返し行われている。当業者によく知られているように、２つのタイプのエッチングプロセス、すなわちウェットエッチングとドライエッチングとがある。１タイプのドライエッチングは、誘導結合プラズマエッチング装置を使用して行われるプラズマエッチングである。
【０００４】
プラズマは、様々なタイプのラジカル、ならびに正イオンおよび負イオンを含む。様々なラジカル、正イオン、および負イオンの化学反応が、ウェハのフィーチャ、表面、および材料をエッチングするために使用される。エッチングプロセス中、チャンバコイルは、変換器での一次コイルの機能に類似した機能を行い、プラズマは、変換器での二次コイルの機能に類似した機能を行う。
【０００５】
既存の変換器結合型容量同調（ＴＣＣＴ）マッチング設計は、特に磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のための製造プロセスを行うために利用されるとき、いくつかの問題がある。そのような問題には、制限されたＴＣＣＴ範囲、制限された変換器結合型プラズマ（ＴＣＰ）電力、高いコイル電圧、およびコイルのアーキングが含まれる。その結果、リアクタチャンバのプロセス窓がかなり制限されることがあり、これは、様々なレシピに対処することができないことを意味する。プロセス窓外のレシピが強制的に実行される場合、過電圧および／または過電流インターロックによりレシピが打ち切られることがあり、さらに悪い場合には、ＴＰＣコイルのアーキング、ならびにセラミック窓およびセラミッククロスの破壊が生じることがある。さらに、端子電圧のバランスがよく取れていないときには、時間の経過と共に、ＴＣＰコイルによる容量結合に起因するセラミック窓のスパッタリングの影響が生じることがある。その結果、セラミック窓から、ウェハ上にその後堆積される粒子のスパッタリングが生じ、これは、歩留まりの損失をもたらすことがある。この効果は、例えば、リアクタの動作寿命を５００時間のＲＦ動作に制限することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したことに鑑みて、プラズマエッチングチャンバのためのＴＣＣＴマッチング回路の改良が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
半導体デバイスの製造において半導体基板および半導体基板の上に形成される層をエッチングする際に使用される装置が開示される。この装置は、エッチングが内部で行われるプラズマ処理チャンバのＴＣＰコイルの動作を制御するＴＣＣＴマッチング回路によって画定される。
【０００８】
一実施形態では、ＲＦ源とプラズマチャンバの間に結合されたマッチング回路であって、ＲＦ源に結合された電力入力回路と、電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを含み、内側コイル入力回路が、インダクタと、インダクタに直列に結合されたコンデンサとを含み、インダクタが、電力入力回路に接続し、コンデンサが、内側コイルの入力端子に接続し、第１のノードが、電力入力回路と内側コイル入力回路との間に画定され、内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路と、外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路とを含むマッチング回路が提供される。
【０００９】
一実施形態では、コンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの間の値を有する可変コンデンサであり、インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する。
【００１０】
一実施形態では、外側コイル入力回路が、第２のコンデンサを含む。
【００１１】
一実施形態では、第２のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである。
【００１２】
一実施形態では、外側コイル出力回路が、第２のコンデンサを含む。一実施形態では、第２のコンデンサが、約８０ｐＦ〜約１２０ｐＦの値を有する。別の実施形態では、第２のコンデンサが、約１００ｐＦ±約１％の値を有する。
【００１３】
一実施形態では、電力入力回路が、ＲＦ源に結合された第２のコンデンサと、内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、第２のコンデンサと第２のインダクタとの間に結合された第３のコンデンサと、第２のコンデンサと第３のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、第２のノードと接地点との間に結合された第４のコンデンサとを含む。一実施形態では、第２のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第３のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、第４のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する。一実施形態では、第４のコンデンサが、約２５０ｐＦ±約１％の値を有する。
【００１４】
別の実施形態では、ＲＦ源に結合された電力入力回路と、電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを含み、内側コイル入力回路が、インダクタと、インダクタに直列に結合された第１のコンデンサとを含み、インダクタが、電力入力回路に接続し、第１のコンデンサが、内側コイルの入力端子に接続し、第１のノードが、電力入力回路と内側コイル入力回路との間に画定され、内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路と、外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路であって、約１００ｐＦよりも大きい値を有する第２のコンデンサを含む外側コイル出力回路とを含むマッチング回路が提供される。
【００１５】
一実施形態では、第１のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの間の値を有する可変コンデンサであり、インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する。
【００１６】
一実施形態では、外側コイル入力回路が、第３のコンデンサを含む。一実施形態では、第３のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである。
【００１７】
一実施形態では、電力入力回路が、ＲＦ源に結合された第３のコンデンサと、内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、第３のコンデンサと第２のインダクタとの間に結合された第４のコンデンサと、第３のコンデンサと第４のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、第２のノードと接地点との間に結合された第５のコンデンサとを含む。一実施形態では、第３のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第４のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、第５のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する。一実施形態では、第５のコンデンサが、約２５０ｐＦ±約１％の値を有する。
【００１８】
別の実施形態では、ＲＦ源に結合された電力入力回路と、電力入力回路と内側コイルの入力端子との間に結合された内側コイル入力回路とを含み、内側コイル入力回路が、インダクタと、インダクタに直列に結合された第１のコンデンサとを含み、インダクタが、電力入力回路に接続し、第１のコンデンサが、内側コイルの入力端子に接続し、第１のノードが、電力入力回路と内側コイル入力回路との間に画定され、内側コイルの出力端子と接地点との間に結合された内側コイル出力回路であって、接地への直接のパススルー接続を画定する内側コイル出力回路と、第１のノードと外側コイルの入力端子との間に結合された外側コイル入力回路であって、第２のコンデンサを含む外側コイル入力回路と、外側コイルの出力端子と接地点との間に結合された外側コイル出力回路であって、第３のコンデンサを含む外側コイル出力回路とを含むマッチング回路が提供される。
【００１９】
一実施形態では、第１のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサであり、インダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有する。
【００２０】
一実施形態では、第２のコンデンサが、約１５０ｐＦ〜約１５００ｐＦの定格を有する可変コンデンサである。
【００２１】
一実施形態では、第３のコンデンサが、約８０ｐＦ〜約１２０ｐＦの値を有する。一実施形態では、第３のコンデンサが、約１００ｐＦ±約１％の値を有する。
【００２２】
一実施形態では、電力入力回路が、ＲＦ源に結合された第４のコンデンサと、内側コイル入力回路に結合された第２のインダクタと、第４のコンデンサと第２のインダクタとの間に結合された第５のコンデンサと、第４のコンデンサと第５のコンデンサとの間に画定された第２のノードと、第２のノードと接地点との間に結合された第６のコンデンサとを含む。一実施形態では、第４のコンデンサが、約５ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第５のコンデンサが、約５０ｐＦ〜約５００ｐＦの定格を有し、第２のインダクタが、約０．３μＨ〜約０．５μＨの値を有し、第６のコンデンサが、約２００ｐＦ〜約３００ｐＦの値を有する。一実施形態では、第６のコンデンサが、約２５０ｐＦ±約１％の値を有する。
【００２３】
本発明、ならびに本発明のさらなる利点は、添付図面に関連して述べる以下の説明を参照することによって最良に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による、エッチング操作のために利用されるプラズマ処理システムを示す図である。
【００２５】
【図２】本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの断面図である。
【００２６】
【図３】本発明の一実施形態による内側コイルと外側コイルを概略的に表す上面図である。
【００２７】
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路の回路トポロジーを示す概略図である。
【００２８】
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路の構成要素を示す簡略概略図である。
【００２９】
【図５】本発明のいくつかの実施形態による様々な上端部構成に関する、ＴＣＰ電力に対するイオン密度を示すグラフである。
【００３０】
【図６】本発明のいくつかの実施形態によるイオン密度と半径方向距離の関係をそれぞれ示す４つのグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
半導体デバイスの製造中に半導体基板および半導体基板上に形成された層をエッチングする際に使用するためのＴＣＣＴマッチング回路を開示する。ＴＣＣＴマッチング回路は、エッチングが内部で行われるチャンバの誘電体窓の上に設けられたＴＣＰコイルの動作を制御する。
【００３２】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、いくつかの具体的な詳細を記載する。しかし、これらの具体的な詳細のいくつかを用いなくても本発明を実施することができることは、当業者には明らかであろう。なお、本発明を不要に曖昧にするのを避けるために、よく知られているプロセス操作および実施の詳細は、詳しくは説明していない。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態による、エッチング操作のために利用されるプラズマ処理システムを示す。このシステムは、チャック１０４と誘電体窓１０６とを含むチャンバ１０２を含む。チャック１０４は、存在するときには基板を支持するための静電チャックでよい。
【００３４】
さらに、バイアスＲＦ発生器１６０が図示されており、バイアスＲＦ発生器１６０は、１つまたは複数の発生器から画定することができる。複数の発生器が提供される場合、様々な周波数を使用して様々な同調特性を実現することができる。バイアスマッチング１６２が、ＲＦ発生器１６０と、チャック１０４を画定するアセンブリの導電性プレートとの間に結合される。また、チャック１０４は、ウェハのチャッキングおよびデチャッキングを可能にするために静電電極を含む。広範には、フィルタおよびＤＣクランプ電源を提供することができる。チャック１０４からウェハを持ち上げるための他の制御システムを提供することもできる。図示していないが、ポンプがチャンバ１０２に接続されて、作動時のプラズマ処理中に、真空制御、およびチャンバからの気体状副生成物の除去を可能にする。
【００３５】
誘電体窓１０６は、セラミックタイプの材料から画定することができる。半導体エッチングチャンバの条件に耐えることができる限り、他の誘電体材料も可能である。典型的には、チャンバは、約５０℃〜約１２０℃の間の範囲内の高温で動作する。温度は、エッチングプロセス操作および具体的なレシピに依存する。また、チャンバ１０２は、約１ｍＴｏｒｒ（ｍＴ）〜約１００ｍＴｏｒｒ（ｍＴ）の間の範囲内の真空条件で動作する。図示していないが、チャンバ１０２は、典型的には、クリーンルームまたは製造設備内にいくつかの設備が設置されているときには、それらに結合される。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および環境粒子制御を行う配管を含む。
【００３６】
これらの設備は、ターゲット製造設備内に設置されているときには、チャンバ１０２に結合される。さらに、チャンバ１０２は、移送チャンバに結合することができ、移送チャンバは、典型的な自動化を使用してロボット工学機構がチャンバ１０２の内外に半導体ウェハを移送することを可能にする。
【００３７】
図２は、本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの断面図である。ＴＣＰコイルは、内側コイル（ＩＣ）１２２と外側コイル（ＯＣ）１２０とを含むものとして図示されている。ＴＣＰコイルは、誘電体窓１０６の上に配置および構成されている。
【００３８】
ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、内側コイルと外側コイルに提供される電力の動的同調を可能にする。ＴＣＰコイルは、ＴＣＣＴマッチング回路１２４に結合され、ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、内側コイル１２０および外側コイル１２２への接続端子を含む。一実施形態では、ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、外側コイル１２０よりも内側コイル１２２に大きな電力を提供するようにＴＣＰコイルを同調するように構成される。別の実施形態では、ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、外側コイル１２０よりも内側コイル１２２に小さな電力を提供するようにＴＣＰコイルを同調するように構成される。別の実施形態では、内側コイルと外側コイルに提供される電力は、電力の均等な分散を提供するため、および／または基板（すなわち、存在するときにはウェハ）にわたる半径方向分布でのイオン密度を制御するためのものである。さらに別の実施形態では、外側コイルと内側コイルの電力の同調は、チャック１０４の上に設けられた半導体ウェハに対して行われるエッチングに関して画定された処理パラメータに基づいて調節される。
【００３９】
一実装形態では、可変コンデンサ（以下にさらに詳細に論じる）を有するＴＣＣＴマッチング回路は、２つのコイルでの所定の電流比を実現するために自動的に調節されるように構成することができる。本明細書で説明する回路は、所望の電流比の同調および調節を可能にすることを理解されたい。一実施形態では、電流比は、０．１〜１．５の範囲内でよい。一般に、この比は、変換器結合型容量同調（ＴＣＣＴ）比と呼ばれる。しかし、ＴＣＣＴ比の設定は、特定のウェハに関して望まれるプロセスに基づく。
【００４０】
同調可能なＴＣＰコイルを提供することによって、チャンバ１０２は、行われる処理操作に応じて、ＴＣＰ電力に対するイオン密度、および半径方向イオン密度プロファイルを制御する融通性を提供することができることを理解すべきである。
【００４１】
さらに、本開示を通してＴＣＣＴマッチング回路に言及するが、この用語の使用は、望ましいマッチング機能を実現するため、および同調を可能にするために画定される回路の範囲を限定しないことに留意すべきである。他の実施形態では、本明細書で述べる原理および実施形態によるマッチング回路を、ＴＣＣＴ機能を有さないプラズマ処理システムまたは一定のＴＣＣＴ比を有するプラズマ処理システムに関する望ましいマッチング機能を実現するために適用することができることが企図される。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態による内側コイル１２２と外側コイル１２０を概略的に表す上面図である。示される上面図は、前述したようなコイルへの接続を表し、一例として外側コイル１２０と内側コイル１２２を含む。内側コイル１２２は、内側コイル１（ＩＣ１）と内側コイル２（ＩＣ２）とを含む。外側コイル１２０は、外側コイル１（ＯＣ１）と外側コイル２（ＯＣ２）とを含む。コイルの端部間の接続が、ＴＣＣＴマッチング回路１２４内に提供される回路に関して図示されている。図３における図示は、本発明の一実施形態に従って、チャンバ１０２で利用されるＴＣＰコイルの内側コイルと外側コイルそれぞれに関連付けられる環状巻線を示すためのものである。図示されるように、内側コイルＩＣ１とＩＣ２は、交互に配置された平行な螺旋として配置される。図示されるように、ＩＣ１とＩＣ２は、実質的に同じ形状であるが、軸の周りで一方が他方に対して約１８０度回転された、１対の代数螺旋またはアルキメデスの螺旋に類似する。ＩＣ１の入力端子３００は、ＩＣ２の入力端子３０２と直径を挟んで対置される。さらに、ＩＣ１の出力端子３０４は、ＩＣ２の出力端子３０６と直径を挟んで対置される。外側コイルＯＣ１とＯＣ２の構成は、内側コイルＩＣ１とＩＣ２の構成と同様であり、交互に配置されて、互いに約１８０度回転された、実質的に同様の平行な螺旋を画定する。ＯＣ１の入力端子３０８は、ＯＣ２の入力端子３１０と直径を挟んで対置しており、ＯＣ１の出力端子３１２は、ＯＣ２の出力端子３１４と直径を挟んで対置している。一実施形態では、内側コイルと外側コイルの入力端子と出力端子は、実質的に直線上に配置される。他のタイプのコイル構成も可能であることを理解されたい。例えば、ドーム型の構造を成す３次元コイル、および平坦なコイル分布以外の他のコイルタイプ構造を有することが可能である。
【００４３】
上述したように、ＴＣＰコイルは、ＴＣＣＴマッチング回路１２４に結合され、ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、内側コイル１２０および外側コイル１２２への接続端子を含む。図示されるように、外側コイル１２０の入力端子３０８および３１０は、ノード１４６に結合され、ノード１４６はさらに、ＴＣＣＴ入力回路３２０に接続する。外側コイル１２０の出力端子は、ノード１４２に接続され、ノード１４２は、ＴＣＣＴ出力回路３２４に接続する。内側コイル１２２は、その入力端子３００および３０２がノード１４０に接続され、ノード１４０はさらに、ＴＣＣＴ入力回路３２０に接続する。内側コイル１２２の出力端子３０４および３０６はノード１４８に接続され、ノード１４８は、ＴＣＣＴ出力回路３２４に接続する。ＴＣＣＴ入力回路は、ＲＦ電源３２２から電力を受け取る。ＴＣＣＴ出力回路は接地される。
【００４４】
図４Ａは、本発明の一実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路の回路トポロジーを示す概略図である。ＲＦ源３２２が、電力入力回路４００に電力を提供する。可変コンデンサＣ１が、ＲＦ源３２２とノード４１０の間に結合される。ノード４１０はコンデンサＣ２に接続し、コンデンサＣ２はさらに、接地される。また、ノード４１０は、可変コンデンサＣ３に接続し、可変コンデンサＣ３はさらに、インダクタＬ５に接続する。インダクタＬ５は、ノード４１２に結合される。一実施形態では、電力入力回路４００は、説明したように配置された可変コンデンサＣ１と、ノード４１０と、接地されたコンデンサＣ２と、可変コンデンサＣ３と、インダクタＬ５とによって画定される。
【００４５】
ノード４１２は、内側コイル入力回路４０２と外側コイル入力回路４０４のそれぞれに結合される。一実施形態では、内側コイル入力回路４０２は、互いに結合されたインダクタＬ３と可変コンデンサＣ５によって画定される。インダクタＬ３は、ノード４１２と可変コンデンサＣ５の間に結合される。可変コンデンサＣ５はノード１４０（図３に示される）に接続し、ノード１４０はさらに、内側コイルの入力端子に接続する。
【００４６】
引き続き図４Ａを参照すると、ノード４１２は、外側コイル入力回路４０４にも接続する。一実施形態では、外側コイル入力回路４０４は、ノード４１２に結合する可変コンデンサＣ４によって画定される。また、可変コンデンサＣ４は、ノード１４６（図３に示される）にも接続し、ノード１４６はさらに、外側コイルの入力端子に接続する。
【００４７】
さらに、図４Ａに、ＴＣＣＴ出力回路３２４が示されており、ＴＣＣＴ出力回路３２４は、内側コイル出力回路４０６と外側コイル出力回路４０８によって画定される。内側コイル出力回路４０６はノード１４８（図３に示される）に接続され、ノード１４８はさらに、内側コイルの出力端子に接続する。一実施形態では、内側コイル出力回路４０６は、接地パススルーによって画定される。外側コイル出力回路４０８はノード１４２（図３に示される）に接続し、ノード１４２はさらに、外側コイルの出力端子に接続する。一実施形態では、外側コイル出力回路は、ノード１４２と接地点との間に結合されたコンデンサＣ７によって画定される。
【００４８】
一実施形態では、可変コンデンサＣ１は、約５〜５００ｐＦに定格を定められる。一実施形態では、コンデンサＣ２は、約２５０ｐＦに定格を定められる。一実施形態では、可変コンデンサＣ３は、約５〜５００ｐＦに定格を定められる。一実施形態では、インダクタＬ５は、約０．３μＨに定格を定められる。一実施形態では、可変コンデンサＣ４は、約１５０〜１５００ｐＦに定格を定められる。一実施形態では、インダクタＬ３は、約０．５５μＨに定格を定められる。一実施形態では、可変コンデンサＣ５は、約１５０〜１５００ｐＦに定格を定められる。一実施形態では、コンデンサＣ７は、約１００ｐＦに定格を定められる。
【００４９】
ＴＣＣＴマッチング回路１２４は、内側コイルと外側コイルに提供される電力を同調するために、可変コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５の動的同調を可能にする。一実施形態では、可変コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５は、チャンバ１０２のエレクトロニクスパネルに接続された処理制御装置によって制御される。エレクトロニクスパネルは、ネットワーキングシステムに結合させることができ、ネットワーキングシステムが、特定のサイクル中に望まれる処理操作に応じた特定の処理ルーチンを動作させる。したがって、エレクトロニクスパネルは、チャンバ１０２内で行われるエッチング操作を制御することができ、また、可変コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５の特定の設定を制御することができる。
【００５０】
図４Ｂは、本発明の一実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路の構成要素を示す簡略概略図である。図示されるように、電力入力回路４００が、ＲＦ電源３２２から電力を受け取る。電力入力回路４００は、ノード４１２に接続する。内側コイル入力回路４０２は、ノード４１２と内側コイル１２２の間に結合される。外側コイル入力回路４０４は、ノード４１２と外側コイル１２０の間に結合される。内側コイル１２２は内側コイル出力回路４０６に接続し、内側コイル出力回路４０６は接地される。外側コイル１２０は外側コイル出力回路４０８に接続し、外側コイル出力回路４０８は接地される。
【００５１】
広く言うと、本明細書で説明するＴＣＣＴマッチング回路設計は、電力効率を改良する。これは、設計の最適化により、プラズマに対するコイルでの迷走キャパシタンスの影響を最小限にするためと考えられる。ＲＦ電力効率に対する迷走キャパシタンスの影響は、Maolin Longによる「Power Efficiency Oriented Optimal Design of High Density CCP and ICP Sources for Semiconductor RF Plasma Processing Equipment」IEEE Transactions on Plasma Science, Vol.34, No.2, April 2006において研究されて述べられており、上記文献を参照により本明細書に組み込む。
【００５２】
内側コイルに関して、従来のＴＣＣＴマッチング回路設計は、出力側インダクタを含んでいる。出力側インダクタは、迷走キャパシタンスを増加させ、したがって電力効率を低下させる。しかし、本出願で提示する実施形態では、内側コイル出力回路は接地パススルーとして構成され、一方、内側コイル入力回路がインダクタＬ３を含むように構成される。これは、迷走キャパシタンスを減少させ、したがって電力効率を改良し、内側コイルでの電圧をより低くしやすくする。
【００５３】
外側コイルに関して、従来のＴＣＣＴマッチング回路設計では、出力側キャパシタンスが比較的低い。しかし、本出願で提示する実施形態では、外側コイル出力回路がより高いキャパシタンスを提供するように構成され、これは、所与の周波数に関してインピーダンスを減少させ、電圧降下をより低くする。
【００５４】
以下に示す表１は、元の上端部ＲＦ設計と、本発明の実施形態による修正された上端部ＲＦ設計とを比較するＲＦ特徴付けデータを提供する。
【表１】
2014089957.tif 000003
【００５５】
表１のデータによって実証されるように、修正された上端部に関する無負荷時（プラズマなし）の内側コイルのＱ値は、元の上端部よりも改良される。したがって、ＲＦ電力効率も改良される。したがって、無負荷時、ＴＣＰコイルの全体的なＱ値は、より高いＴＣＣＴで改良される。これは、外側コイルがより低いＴＣＣＴで優位であるからである。さらに、負荷時（プラズマあり）の全体的なＲＦ電力効率の増加が顕著であることをデータが実証している。
【００５６】
広く言うと、本出願で開示するＴＣＣＴマッチング回路は、高い電力効率を実現し、これは、所与の量の電力に関して、より高密度のプラズマが実現されることを意味する。さらに、高い電力効率を実現することによって、開示するＴＣＣＴマッチング回路は、コイル端子での電圧レベルを比較的低くできるようにする。コイル端子での電圧をより低くして動作させることができることにより、誘電体窓の表面に当たることがあるイオンの加速が減少される。その結果、誘電体窓からの粒子のスパッタリングによって引き起こされる粒子発生が減少される。以下の表２は、既存のＴＣＣＴマッチング回路設計と本発明のいくつかの実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路設計との端子電圧の比較を示す。
【表２】
2014089957.tif 000004
【００５７】
表２のデータは、本発明のいくつかの実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路と、既存のＴＣＣＴマッチング回路との測定ＲＦ電圧の比較を示す。電圧Ｖ３（図４Ａに示される）は、可変コンデンサＣ５とノード１４０の間で測定され、内側コイルの入力端子での電圧を示す。電圧Ｖ４（やはり図４Ａに示される）は、外側コイルの出力端子とコンデンサＣ７の間で測定され、外側コイルの出力端子での電圧を示す。
【００５８】
表２に示されるデータが実証するように、コイル端子電圧は、本発明の実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路設計において大幅に減少される。コイル端子電圧が減少されるので、本発明の実施形態は、様々な導体エッチングチャンバに利用することができ、誘電体窓スパッタリングを最小限にし、端子／接地間の過電圧によって引き起こされるコイルのアーキングもなくす。
【００５９】
図５は、本発明のいくつかの実施形態による様々な上端部構成に関する、ＴＣＰ電力に対するイオン密度を示すグラフである。このグラフでは、様々な上端部構成に関するプロットが、様々な形状で表されている。丸印は、０．１インチのコイル窓ギャップを有する元の上端部のプロットに対応する。実験条件は、以下のようである。ＴＣＣＴ＝１、ＳＦ６＝５０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍ、Ｃｈ．Ｐ＝９ｍＴ、先端＝１６０ｍｍ。菱形印は、本明細書で述べる実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路を備え、やはり０．１インチのコイル窓ギャップを有する修正された上端部のプロットに対応する。四角印は、０．４インチのコイル窓ギャップを有する元の上端部のプロットに対応する。三角印は、ファラデー遮蔽を有さず、やはり０．４インチのコイル窓ギャップを有する元の上端部のプロットに対応する。
【００６０】
０．１インチコイル窓ギャップを有する元の上端部に関するプロット（丸印で表される）と、０．１インチコイル窓ギャップを有する修正された上端部に関するプロット（菱形印で表される）とを比較すると、修正された上端部ＲＦ設計が、元の上端部ＲＦ設計よりもかなり高い電力効率を実現することが分かる。すなわち、所与のＴＣＰ電力に関して、修正された上端部は、かなり高いイオン密度を実現する。より高い電力効率を実現することによって、従来の上端部ＴＣＣＴマッチング設計と等量のプラズマ密度を、より低い電力で実現することができる。この機能により、構成要素が受ける電力がより低いので、ＴＣＣＴマッチング回路の寿命が改良され、また、前述したような誘電体窓のスパッタリングによる粒子発生が減少される。
【００６１】
図６は、イオン密度と半径方向距離の関係をそれぞれ示す４つのグラフを示す。図６の右上に示されるグラフでは、プロットは、０．１インチのコイル窓ギャップを有する元の上端部に適用した場合の、様々なＴＣＣＴ値に関するプロットが示されている。各プロットに関して、ＴＣＰ電力＝１０００Ｗである。菱形印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１に対応する。四角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝０．５に対応する。三角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１．３に対応する。
【００６２】
図６の左上に示されるグラフでは、本発明の実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路を備え、０．１インチのコイル窓ギャップを有する修正された上端部に適用した場合の、様々なＴＣＣＴ値に関するプロットが示されている。各プロットに関して、ＴＣＰ電力＝１０００Ｗである。菱形印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１に対応する。四角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝０．５に対応する。三角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１．３に対応する。
【００６３】
図６の右下に示されるグラフでは、０．４インチのコイル窓ギャップを有する元の上端部に適用した場合の、様々なＴＣＣＴ値に関するプロットが示されている。菱形印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１に対応する。四角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝０．５に対応する。三角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１．３に対応する。
【００６４】
図６の左下に示されるグラフでは、ファラデー遮蔽を有さず、０．４インチのコイル窓ギャップを有するベースライン上端部に適用した場合の、様々なＴＣＣＴ値に関するプロットが示されている。菱形印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１に対応する。四角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝０．５に対応する。三角印で示されるプロットは、ＴＣＣＴ＝１．３に対応する。
【００６５】
図６に示されるプロットは、本発明の実施形態によるＴＣＣＴマッチング回路の組込みにより得られた増加したプラズマ密度がウェハにわたってより均一に分散されることを実証している。
【００６６】
本発明をいくつかの実施形態に関して説明してきたが、上記の本明細書を読み、図面を検討すれば、様々な変形、追加、並べ替え、およびそれらの均等形態が当業者に認識されることを理解されたい。したがって、本発明が、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのそのような変更、追加、並べ替え、および均等形態を含むことが意図される。
【図１】
2014089957.tif 000005
【図３】
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【図４Ｂ】
2014089957.tif 000007
【図２】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
2014089957.tif 000011
【外国語明細書】
2014089957000001.pdf