(57)【要約】プラズマリアクタは、真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、チャンバ内部にあってシーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャを含み、ワークピース支持体およびシーリングは共に、ワークピース支持体とシーリングとの間に処理領域を画成する。プロセスガス入口は、チャンバ内にプロセスガスを供給する。プラズマソースパワー電極は、チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合するＲＦパワー発生器に接続され、チャンバ内にプラズマを維持する。リアクタはさらに、シーリング近傍に、少なくとも第１オーバーヘッドソレノイド型電磁石を含み、オーバーヘッドソレノイド型電磁石と、シーリングと、側壁と、ワークピース支持体とが、共通の対称軸に沿って配置されている。電流源は第１ソレノイド型電磁石に接続され、第１ソレノイド型電磁石に第１電流を供給する。それによって、第１電流の関数である磁場をチャンバ内に発生させる。第１電流値は、磁場がワークピース支持体の表面付近で対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるような値である。
2005527119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタであって：
真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、前記チャンバ内部にあって前記シーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャであって、前記ワークピース支持体および前記シーリングは共に、前記ワークピース支持体と前記シーリングとの間に処理領域を画成する、真空エンクロージャと；
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス入口と；
前記チャンバ内にプラズマを維持するために、前記チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合する、ＲＦパワー発生器および前記ＲＦパワー発生器に接続されるプラズマソースパワー電極と；
前記シーリング近傍の、少なくとも１つの第１オーバーヘッドソレノイド型電磁石であって；前記オーバーヘッドソレノイド型電磁石と、前記シーリングと、前記側壁と、前記ワークピース支持体とが、共通の対称軸に沿って配置される、前記第１オーバーヘッドソレノイド型電磁石と；  
前記第１ソレノイド型電磁石に接続され、前記第１ソレノイド型電磁石に第１電流を供給し、よって、前記第１電流の関数である磁場を前記チャンバ内に発生させる電流源であって、前記第１電流の値は、前記磁場が前記ワークピース支持体の表面付近で前記対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるような値である、前記電流源と；
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記第１ソレノイド型電磁石は前記チャンバの外側にあって、前記シーリングの外面に臨む、  
請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記プラズマソースパワー電極が、  
（ａ）前記ワークピース支持体と；
（ｂ）前記シーリングと；  
のいずれか一方を備える、
請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記電流はＤＣ電流であって、前記磁場は静磁場である、  
請求項１に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記第１オーバーヘッドソレノイド型電磁石と略同心で、前記電流源に接続される第２オーバーヘッドソレノイド型電磁石を更に備え、
前記電流源は、第２電流を前記第２ソレノイド型電磁石に供給して、前記磁場に寄与する前記第２ソレノイド型電磁石に磁束を生成し、よって、前記磁場は、前記第１および第２ソレノイド型電磁石の前記第１および第２電流の両方によって決定され、前記第１および第２電流の値は、前記磁場が前記プラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるような値である、  
請求項１に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記第１および第２ソレノイド型電磁石は前記チャンバの外側にあって、前記シーリングの外面に臨む、  
請求項４に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記第１ソレノイド型電磁石は、前記ワークピース支持体の直径と同じ程度の直径を有し、前記ワークピース支持体から上方に第１軸方向距離を隔てて在り、    
前記第２ソレノイド型電磁石は、前記第１ソレノイド型電磁石の直径よりも小さい直径を有し、前記ワークピース支持体から上方に前記第１軸方向距離よりも長い第２軸方向距離を隔てて在る、    
請求項６に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記第１ソレノイド型電磁石は、前記ワークピース支持体表面の近くで、前記第２ソレノイド型電磁石よりも、大きな径方向面積にわたって大きな径方向磁気圧をプラズマに生成し、
前記第２ソレノイド型電磁石は、主として、前記ワークピース支持体表面の中心付近に限られた径方向面積にわたって磁気圧を生成する、  
請求項７に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記第１および第２電流は、プラズマが主に前記ウェーハ支持体のウェーハに向けられるたびに、第１のセットの電流を構成し、  
前記第１および第２電流は、プラズマが前記シーリングに向けられるたびに、前記第１のセットの電流と異なる第２のセットの電流を構成する、  
請求項８に記載のリアクタ。  
【請求項１０】
前記第１および第２電流は、プラズマが前記側壁に向けられるたびに、前記第１および第２のセットの電流と異なる第３のセットの電流を構成する、  
請求項９に記載のリアクタ。
【請求項１１】
プラズマリアクタであって：
真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、前記チャンバ内部にあって前記シーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャであって、支持体および前記シーリングは共に、前記ワークピース支持体と前記シーリングとの間に処理領域を画成する、前記真空エンクロージャと；
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス入口と；
プラズマを維持するために、前記チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合する、ＲＦパワー発生器および前記ＲＦパワー発生器に接続されるプラズマソースパワー電極と；
前記シーリングに近接し、前記複数のソレノイド型電磁石すなわち前記ソレノイド型電磁石を流れる複数の電流によって個々に生成された磁場の総和を含む、組み合わせ磁場を前記チャンバ内に生成する複数のオーバーヘッドソレノイド型電磁石であって、前記組み合わせ磁場は前記複数の電流によって決定され、前記オーバーヘッドソレノイドと、前記シーリングと、前記側壁と、前記ワークピース支持体とが共通の対称軸に沿って配置される、前記複数のオーバーヘッドソレノイド型電磁石と；
前記複数のソレノイド型電磁石に接続され、前記複数の電流を前記ソレノイド型電磁に供給する電流源であって、前記電流の値は、前記磁場が前記ワークピース支持体の表面付近で前記対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるような値である、前記電流源と；
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項１２】
前記複数のソレノイド型電磁石は同心であり、前記シーリング上方で、直径昇順および軸方向高さの降順に編成される、    
請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記電磁石のうち最も外側の電磁石は、前記電磁石のうち最も内側の電磁石よりも大きな径方向面積にわたり、対応して大きな径方向磁気圧をプラズマへ及ぼし、  
前記電磁石のうち最も内側の電磁石は、前記チャンバ中心付近に限った領域内で、径方向磁気圧をプラズマに及ぼす、  
請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１４】
前記複数の電流は、プラズマが主に前記ウェーハ支持体のウェーハに向けられるたびに、第１のセットの電流を構成し、  
前記複数の電流は、プラズマが前記シーリングに向けられるたびに、前記第１のセットの電流と異なる第２のセットの電流を構成する、  
請求項８に記載のリアクタ。  
【請求項１５】
前記複数の電流は、プラズマが前記側壁に向けられるたびに、前記第１および第２のセットの電流と異なる第３のセットの電流を構成する、  
請求項１４に記載のリアクタ。
【請求項１６】
前記のセットの電流の少なくとも１つにおいて、電流の少なくとも１つが他の電流の極性と反対の極性を有する、  
請求項１５に記載のリアクタ。
【請求項１７】
前記複数の電流がＤ．Ｃ．電流であって、前記組み合わせ磁場が静磁場である、  
請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１８】
前記共通の対称軸と直交し、概ねそこから延びる複数の対称軸を有する複数のソレノイド型側面磁石を更に備え、
前記複数のソレノイド型側面磁石が前記処理領域に回転磁場を生成する、
請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１９】
前記複数のソレノイド型側面磁石は概ね前記側壁を臨む一方、前記複数のオーバーヘッドソレノイド型磁石は前記シーリングを臨む、
請求項１８に記載のリアクタ。
【請求項２０】
前記複数のソレノイド型側面磁石は複数の側面ソレノイド型電磁石であって、
前記リアクタは、異なる位相の低周波数の正弦波電流を、前記複数の側面ソレノイド型電磁石へそれぞれ印加することにより、前記回転磁場を生成する電流発生器をさらに備える、
請求項１９に記載のリアクタ。
【請求項２１】
プラズマリアクタであって：
真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、前記チャンバ内部にあって前記シーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャであって、前記ワークピース支持体および前記シーリングは共に、前記ワークピース支持体と前記シーリングとの間に処理領域を画成する、真空エンクロージャと；
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス入口と；
プラズマを維持するために、前記チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合する、ＲＦパワー発生器および前記ＲＦパワー発生器に接続されるプラズマソースパワー電極と；
前記シーリングに近接し、前記複数のソレノイド型磁石によって個々に生成された静磁場の総和を含む、組み合わせ静磁場を前記チャンバ内に有する複数のオーバーヘッドソレノイド型磁石であって、前記オーバーヘッドソレノイドと、前記シーリングと、前記側壁と、前記ワークピース支持体とが共通の対称軸に沿って配置され、前記組み合わせ磁場が前記ワークピース支持体の表面付近で前記対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高める、前記複数のオーバーヘッドソレノイド型磁石と；
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２２】
前記複数のソレノイド型磁石は同心であり、前記シーリング上方で、直径昇順および軸方向高さの降順に編成される、    
請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２３】
前記磁石のうち最も外側の磁石は、前記磁石のうち最も内側の磁石よりも大きな径方向面積にわたり、対応して大きな径方向磁気圧をプラズマへ及ぼし、  
前記磁石のうち最も内側の磁石は、前記チャンバ中心付近に限った領域内で、径方向磁気圧をプラズマに及ぼす、  
請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２４】
プラズマリアクタであって：
真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、前記チャンバ内部にあって前記シーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャであって、前記ワークピース支持体および前記シーリングは共に、前記ワークピース支持体と前記シーリングとの間に処理領域を画成する、前記真空エンクロージャと；
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス入口と；
前記チャンバ内にプラズマを維持するために、前記チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合する、ＲＦパワー発生器および前記ＲＦパワー発生器に接続されるプラズマソースパワー電極と；
前記チャンバの外側にあって前記シーリングの外面に臨むオーバーヘッドソレノイド型磁石であって、前記オーバーヘッドソレノイド型磁石と、前記シーリングと、前記側壁と、前記ワークピース支持体は、共通の対称軸に沿って配置され、前記オーバーヘッドソレノイド型磁石は、前記ワークピース支持体の表面付近で前記対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるのに十分な径方向成分を前記チャンバ内に有するＤＣ磁場を有する、前記オーバーヘッドソレノイド型磁石と；を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２５】
プラズマリアクタであって：
真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、前記チャンバ内部にあって前記シーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャであって、前記ワークピース支持体および前記シーリングは共に、前記ワークピース支持体と前記シーリングとの間に処理領域を画成する、前記真空エンクロージャと；
前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス入口と；
プラズマを維持するために、前記チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合する、ＲＦパワー発生器および前記ＲＦパワー発生器に接続されるプラズマソースパワー電極と；
前記シーリングに近接し、前記複数のソレノイド型電磁石すなわち前記ソレノイド型電磁石を流れる複数の電流によって個々に生成された磁場の総和を含む、組み合わせ磁場を前記チャンバ内に生成する複数のオーバーヘッドソレノイド型電磁石であって、前記組み合わせ磁場は前記複数の電流によって決定され、前記オーバーヘッドソレノイドと、前記シーリングと、前記側壁と、前記ワークピース支持体とが共通の対称軸に沿って配置され、前記複数のソレノイド型電磁石は同心であり、前記シーリング上方で、直径昇順および軸方向高さの降順に編成される、前記複数のオーバーヘッドソレノイド型電磁石と；
前記複数のソレノイド型電磁石に接続され、前記複数の電流を前記ソレノイド型電磁石に供給するプラズマ操作コントローラであって、前記複数の電流は、プラズマが主に前記ウェーハ支持ペデスタル上のウェーハに向けられるたびに、第１のセットの電流を構成し、プラズマが前記シーリングに向けられるたびに、前記第１のセットの電流と異なる第２のセットの電流を構成する、前記プラズマ操作コントローラと；
を備えるプラズマリアクタ。
【請求項２６】
前記電磁石のうち最も外側の電磁石は、前記電磁石のうち最も内側の電磁石よりも大きな径方向面積にわたり、対応して大きな径方向磁気圧をプラズマへ及ぼし、  
前記電磁石のうち最も内側の電磁石は、前記チャンバ中心付近に限った領域内で、径方向磁気圧をプラズマに及ぼす、  
請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項２７】
前記複数の電流は、プラズマが前記側壁に向けられるたびに、前記第１および第２のセットの電流と異なる第３のセットの電流を構成する、  
請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項２８】
前記のセットの電流の少なくとも１つにおいて、電流の少なくとも１つが他の電流の極性と反対の極性を有する、  
請求項２７に記載のリアクタ。
【請求項２９】
前記複数の電流がＤ．Ｃ．電流であって、前記組み合わせ磁場が静磁場である、  
請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項３０】
前記共通の対称軸と直交し、概ねそこから延びる複数の対称軸を有する複数のソレノイド型側面磁石を更に備え、
前記複数のソレノイド型側面磁石が前記処理領域に回転磁場を生成する、  
請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項３１】
前記複数のソレノイド型側面磁石は概ね前記側壁を臨む一方、前記複数のオーバーヘッドソレノイド型磁石は前記シーリングを臨む、  
請求項３０に記載のリアクタ。
【請求項３２】
前記複数のソレノイド型側面磁石は複数の側面ソレノイド型電磁石であって、
前記リアクタは、異なる位相の低周波数の正弦波電流を、前記複数の側面ソレノイド型電磁石へそれぞれ印加することにより、前記回転磁場を生成する電流発生器をさらに備える、  
請求項３０に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
本出願は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎ他により２００２年５月２２日出願された米国仮出願第６０／３８３，１９４号「磁気プラズマ制御を伴う容量結合プラズマリアクタ」に基いて優先権を主張する。  
【発明の背景】
【０００２】
容量結合プラズマリアクタは、高アスペクト比の半導体マイクロエレクトロニクス構造の製造で用いられている。このような構造は、半導体基板に形成された１層以上の薄膜を貫通する狭くて深い開口を持つのが一般的である。容量結合プラズマリアクタは、このようなデバイスの製造において、誘電体エッチングプロセス、金属エッチングプロセス、化学的気相堆積（ＣＶＤ）他を含め、様々なプロセスで用いられる。また、このようなリアクタは、フォトマスクおよび半導体フラットパネルディスプレイの製造でも採用されている。このような用途は、所望のプロセスを強化する、または使用可能にするプラズマイオンに依存する。半導体ワークピースの表面上のプラズマイオン密度は、プロセスパラメータに影響を与え、特に、高アスペクト比のマイクロエレクトロニクス構造を製造するうえで非常に重要である。事実、高アスペクト比のマイクロエレクトロニクス集積回路を製造するときに、ワークピース表面にわたるプラズマイオン密度が不均一であることから、エッチング速度または堆積速度を不均一となし、それがプロセス故障につながるという問題があった。  
【０００３】
典型的な容量結合型リアクタは、リアクタチャンバ内のウェーハ支持ペデスタルと、ウェーハ支持ペデスタルを覆うシーリングとを有する。シーリングは、プロセスガスをチャンバ内に噴射するガス分配プレートを含んでもよい。ウェーハ支持ペデスタルおよびシーリング、すなわち壁部全体にＲＦ電源を印加して、プラズマをストライクし、ウェーハ支持ペデスタル上にこれを維持する。チャンバは略円筒状であり、シーリングおよびウェーハ支持ペデスタルは円形で円筒チャンバと同軸をなし、均一な処理を図っている。それにも拘わらず、こうしたリアクタのプラズマ密度分布は不均一である。概してプラズマイオンの径方向密度分布は、ウェーハ支持ペデスタルの中心上方では高く、周縁近くでは低く、これが大きな問題であった。ウェーハすなわちワークピース表面にわたるプロセス均一性を向上すべく、様々なアプローチを用いてプラズマイオン密度分布を制御しており、少なくともこの問題は部分的には克服されている。
【０００４】
このようなアプローチの１つは、リアクタチャンバの側面へ周方向に離間する１セットの磁気コイルを設けることである。これらのコイルはいずれもチャンバの中心を臨む。各コイルには、相対的に低い周波数の正弦波電流が供給される。ウェーハ支持ペデスタル上に低速回転磁場を生じさせるよう、隣接するコイルの正弦波電流の位相をオフセットする。この特徴により、ウェーハ支持ペデスタル上のプラズマイオン密度の径方向分布は改善する傾向にある。このアプローチを反応性イオンエッチングで用いる場合に、これを磁気強化型反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩ）と称する。このアプローチには明らかな制約がある。特に、磁場強度に関連する半導体ワークピース上のマイクロエレクトロニクス構造に対するデバイス損傷を回避するために、その磁場強度を制限する必要があるかもしれない。また、磁場強度の変化率に関連するチャンバアークの発生を回避するためにも、磁場強度を制限しなくてはならない。その結果、ＭＥＲＩＥ総磁場を大幅に減らす必要があるかもしれず、それ次第では、プラズマイオン密度の均一性制御における大幅な制約に直面する可能性もある。
【０００５】
別のアプローチは、コンフィギュラブル磁場（ＣＭＦ）と呼ばれ、先に述べたと同じ周方向に離間したコイルを用いる。しかし、ＣＭＦのコイルは、ワークピース支持体の平面を一側から他側に横断して延在する磁場を発生させるように作動される。その上、磁場はウェーハ支持ペデスタルの軸を中心に回転して、放射状の時間平均磁場を生成する。これは、リアクタが４つの並置コイルを有する場合に、１対の隣接コイルに一方のＤＣ電流を与え、対向する１対の隣接コイルに異なる（反対の）ＤＣ電流を与えることにより全面的に達成される。上記のように磁場が回転するよう、コイルを切替えてこのパターンを回転する。このアプローチは、ＣＭＦ磁場の急激な切替えに因って生ずるチャンバまたはウェーハのアーク発生問題を受けやすいので、磁場強度の制約を受けざるを得ない。その結果、用途によっては、リアクタにより生じたプラズマイオン密度の不均一性を補正するに足る磁場が得られない。
【０００６】
従って、プラズマイオン密度分布の不均一性を（磁場強度がより小さくなるよう）より効率的補正し、磁場の時間変動をより小さく（または皆無とする）する方法が求められている。
【概要】
【０００７】
プラズマリアクタは、真空チャンバを画成する側壁およびシーリングと、チャンバ内部にあってシーリングに面して平坦ワークピースを支持するワークピース支持体と、を含む真空エンクロージャを含み、ワークピース支持体およびシーリングは共に、ワークピース支持体とシーリングとの間に処理領域を画成する。プロセスガス入口は、チャンバ内にプロセスガスを供給する。プラズマソースパワー電極は、チャンバ内へプラズマソースパワーを容量結合するＲＦパワー発生器に接続され、チャンバ内にプラズマを維持する。リアクタはさらに、シーリング近傍に、少なくとも第１オーバーヘッドソレノイド型電磁石を含み、オーバーヘッドソレノイド型電磁石と、シーリングと、側壁と、ワークピース支持体とが、共通の対称軸に沿って配置されている。電流源は第１ソレノイド型電磁石に接続され、第１ソレノイド型電磁石に第１電流を供給し、それによって、第１電流の関数である磁場をチャンバ内に発生させる。第１電流値は、磁場がワークピース支持体の表面付近で対称軸を中心とするプラズマイオン密度径方向分布の均一性を高めるような値である。      
【０００８】
【発明の詳細な説明】
【０００９】
特定のプラズマリアクタが示すプラズマイオン密度分布は、チャンバ圧力、ガスの混合および拡散、ならびに電源の空中線指向性図の関数である。本発明では、この分布を磁気的に変化させることにより、プロセス均一性の向上を目的として予め設定された選択分布または理想分布に近づける。磁気的に変えた、つまり補正したプラズマイオン密度分布は、ウェーハつまりワークピース表面にわたるプロセス均一性を向上させるような分布である。このため、磁気的補正プラズマ分布は、ユーザが決めるニーズによって、均一であっても不均一であってもよい。本願発明者は、平均磁場強度でプラズマに圧力をかけ、その分布を所望分布へ変える効率を改善できることを発見した。磁場の勾配の径方向成分を増加させることにより、この発見に基づきこの驚くべき成果を達成できる。言うまでもなく、径方向は円筒チャンバの対称軸を中心とする。従って、径方向勾配が大きくかつ他方向の磁場強度が小さい磁場構成が求められる。このような磁場がカスプ磁場であり、円筒リアクタチャンバの軸に一致する対称軸を有する。カスプ磁場を生成する１つの方法は、円筒チャンバ上方および下方にコイルを設け、これらのコイルに両方向からＤＣ電流を流す。
【００１０】
チャンバ設計にもよるが、ウェーハペデスタルの下方にコイルを設けるのは非現実的であるので、第１のケースでは、これらの目的を上側コイルが果たすことになる。またカスプ磁場は、所定のプラズマリアクタチャンバ本来のプラズマイオン分布（「周辺」プラズマイオン分布）の精確な制御または変更に対して、コンフィギュラブルつまり調節可能であることが求められる。得られるプラズマイオン分布は、容量結合型リアクタごとに大きく変化するので、こうした調節能力は場合により不可欠となろう。周辺分布を所望分布へ変えるのに必要な磁気圧を印加するために、磁場勾配の径方向成分を選択する。例えば、均一分布にしたい場合、無磁場状態のリアクタが示すプラズマイオン密度の径方向分布で、不均一性を打ち消すように印加磁場を選択する。この場合、例えば、リアクタのプラズマイオン密度分布が中心部で高くなる傾向にあれば、ウェーハ支持ペデスタルの中心上方ではプラズマ密度を維持し、周縁近くではそれを強化するように磁場勾配を選択して均一性を達成する。
【００１１】
カスプ磁場のこのような調節能力は、少なくとも、第１コイルとは異なる直径（例えば小径）の第２オーバーヘッドコイルを設けることにより、本発明者の発見に従って達成される。各コイルのＤＣ電流は、柔軟性の高いカスプ磁場構成によって、実質的にあらゆる周辺プラズマイオン分布を変化させ、所望プラズマイオン分布に近づけるよう、独自に調整可能である。このような磁場構成の選択を、中心部が高い、または中心部が低いプラズマイオン密度分布を修正するように設計することができる。
【００１２】
実現可能な利点は２つある。（上記のように）カスプ磁場が磁場強度に対して大きな径方向勾配を持つので、非常に効率よくプラズマに補正圧力を作用させるが、磁場は時間に対して一定なので、アーク発生の傾向はほとんどない。従って、必要な場合、より大きな補正容量を得るために多少強い磁場を用いてもよい。本明細書で後述するように、この特徴はチャンバ圧力が高いほどますます有用となる。  
【００１３】
図１Ａは、調節式カスプ磁場を提供できる容量結合プラズマリアクタを示す。図１Ａのリアクタは、円筒側壁５と、ガス分配プレートであるシーリング１０と、半導体ワークピース２０を保持するウェーハ支持ペデスタル１５とを含む。シーリング１０つまりガス分配プレートは、それ自体がアノードとしての機能を果たすよう導電性であってもよい。あるいは、シーリングに取り付けたアノードを備えてもよい。シーリング１０つまりガス分配プレートは典型的にはアルミニウム製であり、チャンバ内を臨むその内側面に内側ガスマニホールドとガス噴射オリフィスとを有する。プロセスガス供給源２５は、プロセスガスをガス分配プレート１０に供給する。真空ポンプ３０はリアクタチャンバ内の圧力を制御する。リアクタチャンバ内のプラズマに点火してそれを維持するプラズマソースパワーは、インピーダンス整合回路４５を介してウェーハ支持ペデスタル１５に接続されるＲＦ発生器４０によって生成される。それによりウェーハ支持ペデスタルはＲＦ電極としての機能を果たす。アノード（導電性材料で形成したシーリング１０でもよい）は、対極としての機能を果たすようＲＦグラウンドに接続される。係るリアクタのプラズマイオン密度分布は極めて不均一で、典型的に中心部が高い傾向にある。    
【００１４】
図１Ｂで示す特徴は、シーリング１０が図１Ａのように直に接地されるのではなく、ＲＦインピーダンス整合素子１１（単に略示）を介してプラズマソースパワーを供給するＶＨＦ信号発生器１２に接続されていることである。この場合、ＲＦ発生器４０は単に半導体ウェーハつまりワークピース２０のＲＦバイアスを制御するにすぎない。（ＲＦインピーダンス整合素子１１は、例えば、同軸の同調スタブまたはストリップライン回路等、固定同調素子であってもよい。）このような特徴は、本明細書の後の方で更に詳しく説明する。
【００１５】
プラズマイオン密度分布を制御するために、１セットの誘導コイルをシーリング１０の上方に設ける。図１Ａの場合には、１セットのコイルは、円筒チャンバと同軸の内側コイル６０および外側コイル６５を含み、各コイルは導線を１回巻き付けて構成される。図１Ａでは巻線６０、６５を１周させたものを示しているが、例えば図１Ｂで示すように、各巻線を垂直方向に複数周巻き付けて構成してもよい。または図１Ｃで示すように、巻線６０、６５を垂直方向および水平方向の両方に延在させてもよい。図１Ａの場合では、内側コイル６０は、外側コイル６５よりもシーリング１０のさらに上方に配置される。しかしながら、他の場合では、この編成を逆にしてもよい。また、２つのコイル６０、６５をシーリング１０の上方で同じ高さにしてもよい。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂの場合、コントローラ９０は、各コイル６０、６５にそれぞれ接続される独立したＤＣ電流供給源７０、７５を制御して、各オーバーヘッドコイル６０、６５へ流れる電流の大きさおよび極性を決定する。ここで図２を参照すると、コントローラ９０が、コントローラ９０を介して電流を供給したＤＣ電流供給源７６からコイル６０、６５へのＤＣ電流を調整する場合を示している。このコントローラ９０は各コイル６０、６５に接続されている。どちらの場合であっても、コントローラ９０は異なる極性および大きさのＤＣ電流を各コイル６０、６５にそれぞれ流すことができる。図２の場合、コントローラ９０は、各コイル６０、６５に印加するＤＣ電流を調節する１対のポテンショメータ８２ａ、８２ｂと、各コイル６０、６５に印加するＤＣ電流の極性を個々に決める１対の連動スイッチ８４ａ、８４ｂとを含む。ポテンショメータ８２ａ、８２ｂおよび連動スイッチ８４ａ、８４ｂを高度に調整するために、コントローラ９０はマイクロプロセッサ等のプログラマブル装置９１を内蔵できる。
【００１７】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃで示す２コイル６０、６５の編成では、内側コイル６０が外側コイル６５よりもシーリング１０のさらに上方に配置されており、この編成が特定の利点を提供する。具体的には、どちらのコイルであっても、提供する磁場勾配の径方向成分は、少なくとも概ねコイル半径に比例し、コイルからの軸方向の隔たりに反比例する。従って、内側および外側コイル６０、６５はその大きさおよび隔たりが異なるので、異なる役割を果たす。すなわち、外側コイル６５は半径が大きく、ウェーハ２０に近接しているので、ウェーハ２０の表面全体を支配する。一方、内側コイル６０はウェーハ中心付近で最大効果を発揮し、磁場の微調節または立体形成を行うトリムコイルとして見なすことができよう。このような差動制御を実現するため、異なる半径を持ち、プラズマから異なる隔たりをもって配置した異なるコイルによる別の編成も可能である。本明細書中で特定の作業例を参照して後で説明するように、周辺プラズマイオン密度分布を様々に変化させるには、各オーバーヘッドコイル（６０、６５）を流れる電流の大きさを種々選択するだけでなく、それぞれのオーバーヘッドコイルの電流の流れの極性または方向を選択する。
【００１８】
図３Ａは、図１Ａの場合のウェーハ２０上の径方向位置の関数としての、内側コイル６０が生成する磁場の径方向成分（実線）および方位角成分（破線）を示す。図３Ｂは、ウェーハ２０上の径方向位置の関数としての、外側コイル６５が生成する磁場の径方向成分（実線）および方位角成分（破線）を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示すデータは、ウェーハ２０の直径が３００ｍｍ、直径１２インチの内側コイル６０をプラズマより約１０インチ上方に配置し、直径２２インチの外側コイル６５をプラズマより約６インチ上方に配置した実装で得られた。図３Ｃは、内側および外側オーバーヘッドコイル６０、６５が生成する半カスプ型磁力線パターンの簡略図である。
【００１９】
図２のコントローラ９０は、ウェーハ表面の磁場を調節するために、各コイル６０、６５へ印加する電流を変えることができ、それによってプラズマイオン密度の空間分布を変化させる。ここで、コントローラ９０がこれらの磁場を変化させることで、チャンバのプラズマイオン分布にどれほど大きな影響を及ぼし、それを改善するかを解説するために、各コイル６０、６５が与える磁場の効果をそれぞれ示す。以下の実施例では、プラズマイオン分布ではなく、ウェーハ表面全体にわたるエッチング速度の空間分布が直接測定される。エッチング速度分布は、プラズマイオン分布の変化とともに直に変化するので、一方が変化すれば、他方が影響を受け変化する。
【００２０】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、低いチャンバ圧力（３０ｍＴ）で内側コイル６０のみ用いて得られた有益な効果を示す。図４Ａは、ウェーハ２０の表面上の位置（横軸ＸおよびＹ）の関数としての、実測エッチング速度（縦軸Ｚ）を示す。つまり図４Ａは、ウェーハ表面の平面におけるエッチング速度の空間分布を示す。中心部が高い不均一なエッチング速度分布であることは図４Ａから明らかである。図４Ａは、磁場を印加しない場合に相当し、従ってリアクタ本来の不均一エッチング速度分布を示し、補正が必要である。この場合、エッチング速度の標準偏差は５．７％である。図４および図５で、磁場強度をウェーハ中心近くの軸方向磁場として以下説明するが、言うまでもなく、径方向磁場は、均一性を向上させるために、プラズマイオン密度の径方向分布で作用するものである。軸方向磁場はより容易に測定できるので、本発明の説明ではこれを選んだ。ウェーハ端の径方向磁場は、この配置では通常、軸方向磁場の約３分の１である。
【００２１】
図４Ｂは、内側コイル６０を励磁して９ガウスの磁場を生成するときに、エッチング速度分布がどのように変化するかを示す。不均一性は、標準偏差４．７％まで減少する。
【００２２】
図４Ｃでは、内側コイル６０の磁場が１８ガウスまで増加しており、ウェーハ全体のエッチング速度の標準偏差が２．１％まで減少するという結果とともに、中心部でのピークが著しく減少したのが見てとれる。
【００２３】
図４Ｄでは、内側コイル６０の磁場がさらに２７ガウスまで増加しており、これによって、図４Ａの中心部が高いパターンから、ほぼ逆の中心部が低いパターンとなっている。図４Ｄの場合では、ウェーハ表面にわたるエッチング速度の標準偏差は５．０％であった。
【００２４】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄは、高いチャンバ圧力（２００ｍＴ）で両方のコイル６０、６５を用いたときの有益な効果を示す。図５Ａは図４Ａに対応し、磁場により補正していない、リアクタの中心部が高い不均一なエッチング速度を表す。この場合、ウェーハ表面にわたるエッチング速度の標準偏差は５．２％であった。
【００２５】
図５Ｂでは、外側コイル６５を励磁して２２ガウスの磁場を生成した。これによって、エッチング速度分布の中心ピークを幾らか減少させる。この場合、エッチング速度標準偏差は３．５％まで減少した。
【００２６】
図５Ｃでは、両コイル６０、６５を励磁して２４ガウスの磁場を生成した。図５Ｃが示す結果では、エッチング速度分布の中心ピークが著しく減少する。一方、周縁部付近のエッチング速度は増加している。全体的な効果としては、エッチング速度分布がより均一になるとともに、３．２％という低い標準偏差を得た。
【００２７】
図５Ｄでは、両コイルを励磁して４０ガウスの磁場を生成し、過剰な補正が生じている。このため、ウェーハ表面にわたるエッチング速度分布は中心部が低い分布に移ってしまっている。この後者の場合のエッチング速度標準偏差は（図５Ｃの場合に対して）わずかに増加して３．５％となっている。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｄの低い圧力試験と図５Ａ〜５Ｄの高い圧力試験とで得られた結果を比較すると、不均一なエッチング速度分布に対して同じ補正を達成するためには、チャンバ圧力が高いほど、より大きな磁場が必要であることが分かる。例えば、３０ｍＴでは、内側コイル６０だけを用いて１８ガウスにて最適補正を達成した。それに対し、３００ｍＴでは、最適補正を達成するのに、両コイル６０、６５を用いて２４ガウスの磁場が必要であった。
【００２９】
図６は、オーバーヘッドコイルの磁場が、プラズマイオン密度またはエッチング速度分布の均一性に大きな影響を及ぼすが、エッチング速度自体にはそれほど大きな影響がないことを示している。これは、エッチング速度分布の均一性の改善が望ましい一方、特定の半導体プロセス用に選択するエッチング速度を変えないことが好ましいことからして有利である。図６は、ダイヤ記号は、磁場（横軸）の関数としての、実測エッチング速度（左側縦軸）を表し、四角記号は、磁場の関数としての、エッチング速度（右側縦目盛）の標準偏差（不均一性）を表す。図示範囲での不均一性の変化は、約１オーダーの大きさであり、エッチング速度の変化は約２５％に留まる。
【００３０】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃのオーバーヘッドコイルインダクタ６０、６５を、従来のＭＥＲＩＥリアクタと併用してもよい。図７および図８は、図１Ａに対応する場合を示し、更なる特徴として４つの従来のＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８およびＭＥＲＩＥ電流コントローラ９９を備える。電流コントローラ９９は、各ＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８にＡＣ電流を供給する。各電流は同一の低周波数であるが、従来のように、チャンバ内に低速回転磁場を生成するよう、位相が９０度オフセットされている。
オーバーヘッドコイルによるプラズマ分布制御
本発明の方法によれば、オーバーヘッドコイル６０、６５が生成する特定の磁場を選択することにより、特定のリアクタに固有のウェーハ表面にわたるプラズマイオン密度分布を特有なやり方であつらえる。例えば、プラズマ分布を、ウェーハ表面にわたって、より均一なエッチング速度分布を生成するようにあつらえてもよい。このあつらえは、例えば、オーバーヘッドコイルのＤＣ電流の最適な電極および振幅を選定するようにコントローラ９０をプログラムすることで達成される。本発明の実施例は、同心のオーバーヘッドコイル（すなわちコイル６０、６５）を２つだけ有するリアクタにかかわるが、上記方法は、２つを超えるコイルを用いて実施でき、より多数のオーバーヘッドコイルを用いて、より精確な結果を提供してもよい。ウェーハ表面にわたるプラズマイオン密度分布を変化させるように、磁場をコントローラ９０であつらえ、それがエッチング速度分布に影響を及ぼす。
【００３１】
第１ステップでは、オーバーヘッドコイル６０、６５からの補正磁場がない状態で、ウェーハ表面にわたるエッチング速度分布を測定する。次のステップで、エッチング速度分布をより均一にするプラズマイオン密度分布の変化を決定する。最終ステップで、プラズマイオン密度分布の所望変化を生み出すことになる磁場を決定する。この磁場が与えられると、その生成に必要なオーバーヘッドコイル６０、６５の電流の大きさおよび方向は、周知の静磁場方程式で計算できる。
【００３２】
本発明者は、オーバーヘッドコイル６０、６５の磁場がプラズマに与える圧力（いわゆる「磁気圧」）を、磁場から計算する方法を発見した。これについて以下述べる。プラズマにかかる磁気圧は、プラズマイオン密度分布を変化させる。プラズマイオン密度分布のこの変化は、ウェーハ表面にわたるエッチング速度分布の比例変化をもたらし、これを直接に観察できる。従って、ウェーハ表面にわたるプラズマイオン密度分布と、エッチング速度分布とは、比例因子によって少なくとも概ね相関する。
【００３３】
最初に、ウェーハ表面にわたるエッチング速度の空間分布を測定してから、オーバーヘッドコイル６０、６５による磁場を印加する。この測定から、エッチング速度分布の（均一分布を達成するための）所望変化を決めることができる。次に、チャンバ内の位置およびコイル内の電流の関数としての、各オーバーヘッドコイル６０、６５が生成する磁場の空間分布を、各コイルの幾何形状から分析的に決定する。その後、既知のセットの電流をコイルに印加し、次に、その結果生じた、ウェーハ表面にわたるエッチング速度分布の変化を測定することで、ウェーハ表面での、全コイルからの磁場のベクトル和と、ウェーハ表面でのエッチング速度分布の変化とを相関付ける線形スケールファクタを推論できる。（このスケールファクタは概ね、プラズマの中立圧力の関数であり、最大約５００ｍＴのチャンバ圧力まで有効である。）従って、エッチング速度分布の（さらなる均一性を達成するための）所望変化つまり補正が与えられれば（本明細書で後述する方法で）必要な磁場を見つけることができ、先に分析的に決定した磁場空間分布関数を使って、対応するコイル電流をその磁場から推測できる。
【００３４】
エッチング速度分布の不均一性に対する所望補正は、様々な方法で行える。例えば、均一つまり平均エッチング速度から、ウェーハ表面にわたる２次元エッチング速度分布を減算して「残差」分布を得る。この方法で補正すべきエッチング速度分布の不均一性は、容量結合ソースパワーの不均一な印加、不均一なプロセスガス分布、ならびに不均一なプラズマイオン密度分布を含めた、リアクタチャンバにおける様々な因子によってもたらされる。前記の方法では、磁気圧でプラズマイオン密度分布を変化させて不均一性が補正される。
【００３５】
また、以下の方法を採用して、望ましいように、不均一である「補正した」プラズマ分布を確立できる。この場合、「未補正の」つまり周辺プラズマイオン密度分布と、所望分布（すなわち分布自体が不均一である）との間の差が対象である補正分である。従って、この方法は、プラズマ密度分布をより均一にする場合や、必ずしも均一ではないが特定の選択密度分布パターンにする場合のいずれにも有用である。
【００３６】
ここで、前記方法を実行する一連のステップを図９を参照して説明する。
【００３７】
第１ステップ（図９のブロック９１０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５それぞれに対し、コイル電流およびウェーハ表面上の径方向位置の関数としての、ウェーハ表面での磁場を求める数式を分析的に決定する。円柱座標を用いて、ｉ番目のコイルについて、この数式をＢｉ（ｒ，ｚ＝ウェーハ，Ｉｉ）と表わせる。これはビオ・サバールの法則から直接的に求めることができる。
【００３８】
次のステップ（図９のブロック９２０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５に電流を流さないで実行する。このステップでは、ウェーハ表面全体のプラズマイオン密度の空間分布を測定する。この空間分布は、ｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）と表わせる。このステップでは、試験ウェーハの表面にわたるエッチング速度分布を測定することで、プラズマイオン密度分布を間接的に測定できる。当業者であれば、エッチング速度分布からプラズマイオン密度分布を容易に推定できる。
【００３９】
次にブロック９３０のステップで、先のステップで測定したプラズマイオン密度の空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）に対する補正ｃ（ｒ）を求める。補正ｃ（ｒ）は、多くの適当な方法で定義してよい。例えば、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）と定義してもよい。このように、ｃ（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）に加算して、ｎ（ｒ）ｍａｘと等しい均一振幅の「補正済」分布を得る。当然ながら、異なる補正関数ｃ（ｒ）を定義して、異なる均一振幅を得てもよい。さもなければ、先に簡単に述べたように、不均一分布にしたい場合、所望分布とｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）との差が補正分となる。
【００４０】
次のステップ（ブロック９４０）では、各オーバーヘッドコイル６０、６５に対して「試験」電流Ｉｉを選択し、その電流を適当なコイルに印加して、得られたプラズマイオン分布を測定する。これはｎ（ｒ，ｚ＝ウェーハ）試験と表わせる。磁場がある状態とない状態で測定したイオン分布を減算すれば、イオン分布の変化Δｎ（ｒ）が得られる：  
【数１】
2005527119.tif 000003
【００４１】
次のステップ（ブロック９５０）では、磁場が及ぼす圧力勾配（すなわち磁気圧）とイオン分布の変化Δｎ（ｒ）とを相関させるスケールファクタＳを計算する。この計算は、磁気圧勾配をΔｎ（ｒ）で除算して行う。ｉ番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝ウェーハ，Ｉｉ）の磁気圧勾配は、磁気流体力学方程式に従い各コイルに対して個々に計算される：
【数２】
2005527119.tif 000004
【００４２】
ここで下付文字ｒは径方向成分を示す。各コイルに関してこのように個別に得られた結果を合計する。従って、磁気圧勾配の総和は以下の通りである：  
【数３】
2005527119.tif 000005
【００４３】
かくして、スケールファクタＳは以下の通りである：  
【数４】
2005527119.tif 000006
【００４４】
この除算はｒの異なる値で行い、その結果の平均をとってスカラー形式のＳを得てもよい。さもなければ、スケールファクタＳはｒの関数となり、適当な方法で用いられる。
【００４５】
ブロック９５０のステップで求めたスケールファクタＳは、磁気圧を決定するコイル電流Ｉｉと、その結果得られたイオン分布の変化との間をつなぐものである。具体的には、１セットのコイル電流Ｉｉが与えられると、１セットのＩｉから求めた磁気圧にスケールファクタＳを乗算して、対応するイオン分布の変化ｎ（ｒ）を計算できる：  
【数５】
2005527119.tif 000007
【００４６】
この事実は、続くステップ（ブロック９６０）のベースを与え、ここでコンピュータ（マイクロプロセッサ９１等）が先の方程式を用いて、予め特定または所望したプラズマイオン密度分布の変化Δｎ（ｒ）に対する最良近似を与える１セットのコイル電流Ｉｉを探索する。この場合、所望変化は、ブロック９３０のステップで計算される補正関数ｃ（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータが、以下の条件を満たす１セットのコイル電流Ｉｉを探索する：  
【数６】
2005527119.tif 000008
【００４７】
この探索は、例えば最急降下法など、周知の最適化手法を用いて行ってもよい。こうした手法は、当業者が容易に実行できることから、ここで説明はしない。
【００４８】
それから、探索で見出した１セットのコイル電流Ｉｉの大きさおよび極性をコントローラ９０に送り、コントローラはこれら電流を各コイル６０、６５に印加する。
【００４９】
図１０では、ウェーハ表面での径方向位置の関数としての、磁気圧（実線）と、実測プラズマイオン分布変化（点線）とを比較する。先に検討したように、磁気圧とは、オーバーヘッドコイルの磁場の二乗で得られる勾配のことである。図１０は、磁気圧と、イオン密度分布の変化との間に良好な相関があることを示している。
【００５０】
係る方法の用途を図１１〜図１４で示す。図１１は、ウェーハ表面でのエッチング速度空間分布の不均一性すなわち標準偏差（縦軸）が、いずれか一方のオーバーヘッドコイルのコイル電流に伴って、どのように変動したかを示す。コイル電流ゼロのときの標準偏差は約１２％であり、イオン分布は図１２で示すように中心部が高かった。
【００５１】
コイル電流が約１７アンペアのとき、約３％の最小不均一性を達成した。これは約４分の１（すなわちエッチング速度分布の標準偏差が１２％から３％に）改善されたことを表している。実際の、すなわち測定したエッチング速度分布は、図１３Ａの通りであった。一方、図９の手法を用いて予測したエッチング速度分布は、図１３Ｂの通りであった。
【００５２】
３５アンペアという高コイル電流では、エッチング速度分布標準偏差は約１４％であった。実測エッチング速度空間分布は図１４Ａに示す通りであり、他方、予測分布は図１４Ｂに示す通りであった。
【００５３】
再び図１３Ａを参照すると、こうして得た最も均一なイオン分布は明らかに平坦ではなく、実際は「椀」形状であり、周縁近くは凸状、中心付近は凹状になっている。独立したオーバーヘッドコイルの数が増えるとともに（例えば３つ以上）、結果として、より高い分解能およびより良好な均一性を伴って電流の最適化を実行できる。従って、本発明は２つのコイルだけを有するケースに限定されない。本発明は、２つ未満または２つを超えるオーバーヘッドコイルを用い、結果を変化させて実施してもよい。
【００５４】
シーリング表面でのプラズマイオン密度分布またはエッチング速度分布を制御するために、同じ方法を適用してもよい。このようなアプローチは、例えばチャンバの洗浄運転中に有用であろう。図１５に図９の方法の変形を示す。ここではイオン密度（またはエッチング速度）の空間分布の均一性を最適化する。図１５のステップ、つまりブロック９１０'、９２０'、９３０'、９４０'、９５０'、９６０'は、図９のステップ、つまりブロック９１０、９２０、９３０、９４０、９５０、９６０と同一である。但し、これらのステップがウェーハ平面ではなくシーリング平面に対して実施される点を除く。  
【００５５】
第１ステップ（図１５のブロック９１０´）は、オーバーヘッドコイル６０、６５それぞれに対し、コイル電流およびシーリング表面上の径方向位置の関数としての、シーリング表面での磁場を求める数式を分析的に決定する。円柱座標を用いて、ｉ番目のコイルについて、この数式をＢｉ（ｒ，ｚ＝シーリング，Ｉｉ）と表わせる。それは、単純な静磁場方程式から求められ、コイル電流Ｉｉおよびシーリング表面上の径方向配置ｒの関数だけでなく、コイル半径、およびコイルとシーリング内側表面との距離ｚ＝シーリング等、特定の定数の関数である。
【００５６】
次のステップ（図１５のブロック９２０´）は、オーバーヘッドコイル６０、６５に電流を流さないで実行する。このステップでは、シーリング表面全体のプラズマイオン密度の空間分布を測定する。この空間分布は、ｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）と表わせる。このステップでは、プラズマイオン密度分布を、従来のプローブ手法または他の間接的手法で測定できる。
【００５７】
次にブロック９３０´のステップで、先のステップで測定したプラズマイオン密度の空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）に対する補正ｃ´（ｒ）を求める。（ここではプライム記号を採用して、図１５の計算と上記の図９の計算とを区別している点に留意されたい。本発明で用いられるような導関数を意味するものではない。）補正ｃ´（ｒ）は、多くの適当な方法で定義してよい。例えば、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）と定義してもよい。このように、ｃ（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）に加算して、ｎ（ｒ）ｍａｘと等しい均一振幅の「補正済」分布を得る。当然ながら、異なる補正関数ｃ´（ｒ）を定義して、異なる均一振幅を得てもよい。また、特定の不均一分布を所望する場合、未補正つまり周辺プラズマ分布ｎ（ｒ，シーリング）と、所望不均一分布との差が補正分となる。従って、この方法を用いて、特定の不均一パターンを持つ所望プラズマイオンまたは均一プラズマイオン密度分布のいずれであっても確立できる。
【００５８】
次のステップ（ブロック９４０´）では、各オーバーヘッドコイル６０、６５に対して「試験」電流Ｉｉを選択し、その電流を適当なコイルに印加して、その結果得られたプラズマイオン分布を測定し、これはｎ（ｒ，ｚ＝シーリング）試験と表わせる。磁場がある状態とない状態で測定したイオン分布を減算すれば、イオン分布の変化Δｎ（ｒ）が得られる：
【数７】
2005527119.tif 000009
【００５９】
次のステップ（ブロック９５０´）では、磁場が及ぼす圧力勾配（すなわち磁気圧）とイオン分布の変化Δｎ（ｒ）とを相関させるスケールファクタＳ´を計算する。この計算は、磁気圧勾配をΔｎ（ｒ）で除算して行う。ｉ番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝シーリング，Ｉｉ）の磁気圧勾配は、磁気流体力学方程式に従い各コイルに対して個々に計算される：
【数８】
2005527119.tif 000010
【００６０】
ここで下付文字ｒは径方向成分を示す。各コイルに関してこのように個別に得られた結果を合計する。従って、磁気圧勾配の総和は以下の通りである：  
【数９】
2005527119.tif 000011
【００６１】
かくして、スケールファクタＳは以下の通りである：  
【数１０】
2005527119.tif 000012
【００６２】
ブロック９５０´のステップで求めたスケールファクタＳ´は、磁気圧を決定するコイル電流Ｉｉと、その結果得られたイオン分布の変化との間をつなぐものである。具体的には、１セットのコイル電流Ｉｉが与えられると、１セットのＩｉから求めた磁気圧にスケールファクタＳ´を乗算して、対応するイオン分布の変化ｎ´（ｒ）を計算できる：  
【数１１】
2005527119.tif 000013
【００６３】
この事実は、続くステップ（ブロック９６０´）のベースを与え、ここでコンピュータ（マイクロプロセッサ９１等）が先の方程式を用いて、予め特定または所望したプラズマイオン密度分布の変化Δｎ´（ｒ）に対する最良近似を与える１セットのコイル電流Ｉｉを探索する。この場合、所望変化は、ブロック９３０´のステップで計算される補正関数ｃ´（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータが、以下の条件を満たす１セットのコイル電流Ｉｉを探索する：  
【数１２】
2005527119.tif 000014
【００６４】
この探索は、例えば最急降下法など、周知の最適化手法を用いて行ってもよい。こうした手法は、当業者が容易に実行できることから、ここで説明はしない。  
【００６５】
その後、探索で見出した１セットのコイル電流Ｉｉの大きさおよび極性をコントローラ９０に送り、コントローラはこれら電流を各コイル６０、６５に印加する。
【００６６】
オーバーヘッドコイルを１つだけ有する前記デバイスを用いると、プラズマイオン分布の均一性の最適化を、ウェーハとシーリングの両方で同時に行うのではなく、いずれか一方で行うことができる。オーバーヘッドコイル（例えば、オーバーヘッドコイル６０、６５）が少なくとも２つあれば、プラズマイオン分布の均一性を、ウェーハとシーリングの両方で同時に少なくとも概ね最適化できる。
オーバーヘッドコイルを用いたプラズマ操作
本願発明者は、プラズマを、シーリングおよび／または側壁に向けて、または、ウェーハ表面に向けて操作できるよう、コイル電流Ｉｉを選択できることを発見した。また、図９の方法と類似するやり方で、シーリング表面でのプラズマ密度分布の均一性を向上させるようにコイル電流Ｉｉを選択することもできる。その結果、処理中はウェーハにプラズマを集中させ、そして洗浄中はシーリングおよび／または側壁に集中させることができる。こうしてシーリングにプラズマを集中させれば、洗浄時間を短縮できる。
【００６７】
一実施例では、−１７．５アンペアおよび＋１２．５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加することで、プラズマをチャンバ側壁に向けて操作した。図１６はチャンバ内側の径方向部分を示し、横軸にチャンバの半径ゼロから周縁までの部分を、縦軸にウェーハ表面からシーリングまでの部分をとる。図１６の小さな矢印は、−１７．５アンペアおよび＋１２．５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５に印加することで、プラズマをチャンバ側壁に向けて操作したときの、チャンバ内の様々な位置での磁場の大きさと方向を示す。図１７は、径方向位置の関数としての、対応する、ウェーハ表面での磁場の二乗で得られる勾配を示す。
【００６８】
別の実施例では、−１２．５アンペアおよび＋５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加することで、プラズマをチャンバのルーフに向けて操作した。図１８はチャンバ内側の径方向部分を示し、横軸にチャンバの半径ゼロから周縁までの部分を、縦軸にウェーハ表面からシーリングまでの部分をとる。図１８の小さな矢印は、−１２．５アンペアおよび＋５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５に印加することで、プラズマをチャンバ側壁に向けて操作したときの、チャンバ内の様々な位置での磁場の大きさと方向を示す。図１９は、径方向位置の関数としての、対応する、ウェーハ表面での磁場の二乗で得られる勾配を示す。
【００６９】
更に別の一例では、−２５アンペアおよび＋２．７５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加することで、シーリングの中心部から側壁に延びる磁力線に沿って、プラズマ向を操作した。図２０はチャンバ内側の径方向部分を示し、横軸にチャンバの半径ゼロから周縁までの部分を、縦軸にウェーハ表面からシーリングまでの部分をとる。図２０の小さな矢印は、−２５アンペアおよび＋２．５アンペアの電流をコントローラ９０によりそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５に印加することで、プラズマをチャンバ側壁に向けて操作したときの、チャンバ内の様々な位置での磁場の大きさと方向を示す。図２１は、径方向位置の関数としての、対応する、ウェーハ表面での磁場の二乗で得られる勾配を示す。  
【００７０】
図１７は、プラズマを縁端に向けて操作したとき、プラズマへの高い正の磁気圧がチャンバ縁端付近で作用することを示す。図１９は、プラズマをシーリング縁端に向けたとき、プラズマへの低い磁気圧がチャンバ縁端付近で作用することを示す。図２１は、磁力線がシーリングから縁端に延びているとき、高い負圧がチャンバ縁端付近に存在することを示す。
【００７１】
従って、シーリングおよび側壁等、洗浄を要するチャンバ内の様々な部位にプラズマを向けるようオーバーヘッドコイル６０、６５の電流を選択してもよい。または、ウェーハのもっと近くにプラズマを集中させてもよい。ウェーハまたはシーリングのいずれかに向けてプラズマを操作するために、あるいは或る操作比ＳＲに従ってウェーハとシーリングとの間でプラズマを配分するために、図２２に示す方法を実行してもよい。
【００７２】
ここで図２２を参照すると、第１ステップ（図２２のブロック２２１０）では、オーバーヘッドコイル（例えば、１対のコイル６０、６５）の全コイル電流の関数としての、チャンバ内側磁場の分析モデルを定義する。これは、静磁場方程式を使って当業者が容易に行えるので、ここでは説明しない。磁場は、各コイルの個々の磁場の和である。個々の磁場は、各コイルの直径、各コイルの位置、コイル電流、およびチャンバ内の位置の関数である。従って、ｉ番目のコイルが生成する磁場は以下のように表すことができる：  
【数１３】
2005527119.tif 000015
【００７３】
ゆえに、総磁場は以下の通りである：  
【数１４】
2005527119.tif 000016
【００７４】
次のステップ（ブロック２２２０）では、所望プロセス条件一式を満たす１セットの磁場を選択する。例えば、プラズマをシーリングに向けて操作するには、図１８の実施例で示すように、シーリングに向かってプラズマを押すようなプラズマへの磁気圧を生成する磁場を選択する。プラズマを側壁に向けて操作するには、図１６に示すように、周縁に向けてプラズマを押すようなプラズマへの磁気圧を生成する磁場を選択する。
【００７５】
上記ブロック２２２０のステップで定義され、特定条件を満たす各磁場に関し、コンピュータは、所望磁場を生成する１セットのコイル電流のために、ブロック２２１０のステップで定義したモデルを探す。これが、次のステップすなわちブロック２２３０である。ブロック２２３０のステップで得られた各セットの電流は、該当条件の名称とともに、該当プロセス条件に対応する記憶場所に記憶される（図２２のブロック２２４０）。特定プロセス条件が選定される（例えば、プラズマをシーリングに向けて操作する）たびに、マイクロプロセッサ９１は、対応する記憶場所から１セットの電流値をフェッチし（ブロック２２５０）、対応する電流を該当のコイルへ印加する（ブロック２２６０）。
【００７６】
図２３は、ユーザ入力に応じて、マイクロプロセッサ９１をどのようにプログラムするかを示す。最初に、処理にはウェーハ表面のエッチングが含まれるか否か（ブロック２３１０）、およびプロセスにはシーリングの洗浄（エッチング）が含まれるか否か（ブロック２３２０）を判定する。ウェーハがエッチングに限られる場合、プラズマはウェーハに向けて操作され（ブロック２３３０）、図９の方法でウェーハ表面でのプラズマ分布均一性が最適化される（ブロック２３５０）。シーリングの洗浄と同時にウェーハをエッチングする場合、シーリングとウェーハとの間でプラズマ密度を配分し（ブロック２３６０）、図９のようにウェーハ表面で、また図１５のようにシーリングで、それぞれプラズマ密度均一性を最適化する（ブロック２３７０）。シーリングが洗浄に限られる場合、プラズマはシーリングに向けて操作され（ブロック２３８０）、シーリングでのプラズマ密度均一性を最適化する（ブロック２３９０）。
ＶＨＦオーバーヘッド電極との併用
図２４は、内側および外側コイル６０、６５を、固定同調スタブを介してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有する容量結合型リアクタへ、どのように組み合わせたかを示す。このようなリアクタについては、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎ他が２００１年１２月１９日に出願し、本発明の譲受人に譲渡した米国特許出願第１０／０２８，９２２号「プラズマと同調するオーバーへッドＲＦ電極を備えるプラズマリアクタ」に記載され、引用によってその開示は本明細書中に取り込まれる。
【００７７】
図２４を参照すると、プラズマリアクタは、半導体ウェーハ１１０を支持するウェーハ支持体１０５をチャンバ底部に備えるリアクタチャンバ１００を含む。例示の実施では、プロセスキットが、接地されたチャンバ本体１２７の上で誘電リング１２０に支持された導体または半導体リング１１５を含んでもよい。チャンバ１００の上部は、誘電シールにより、接地チャンバ本体１２７上のウェーハ１１０上方でギャップ長をとって支持されたディスク状オーバーヘッド導体電極１２５で閉じられている。ある実施では、ウェーハ支持体１０５は、ギャップ長が変化するよう垂直方向に可動である。別の実施では、ギャップ長を所定長さに固定してもよい。オーバーヘッド電極１２５はその内側表面を、半金属材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＣ）で被覆可能な金属（例えばアルミニウム）であっても、それ自体が半金属材料であってもよい。ＲＦ発生器１５０はＲＦパワーを電極１２５に印加する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０に整合させた同軸ケーブル１６２を介して、電極１２５に接続される同軸スタブ１３５に結合される。以下詳細に述べるように、スタブ１３５は特性インピーダンスおよび共振周波数を持ち、電極１２５と、同軸ケーブル１６２つまりＲＦパワー発生器１５０の出力との間のインピーダンス整合を提供する。ＲＦ発生器１５０のＲＦリターン（ＲＦグラウンド）にチャンバ本体が接続される。オーバーヘッド電極１２５からＲＦグラウンドまでのＲＦ経路は、誘電シール１２０および１３０の静電容量の影響を受ける。ウェーハ支持体１０５、ウェーハ１１０、およびプロセスキットの導体または半導体リング１１５は、電極１２５に印加されるＲＦパワーに対して１次ＲＦリターン路を提供する。
【００７８】
図１Ａの場合のように、内側コイル６０の直径は外側コイル６５の直径の半分未満であり、外側コイル６５よりもチャンバから離れた平面内にある。外側コイル６５は、電極１２５の頂部の平面またはそれに近接して配置される一方、内側コイル６０は、電極１２５のかなり上方に配置される。図１の場合のように、コイル６０、６５のＤＣ電流は、コイル６０、６５の電流供給源７０、７５を調整するプラズマ操作コントローラ９０により制御される。  
【００７９】
電極１２５、プロセスキット１１５、１２０、および誘電シール１３０を含むオーバーヘッド電極アセンブリ１２６の静電容量を、ＲＦリターンつまりグラウンドに対して測定したところ、一実施例では１８０ピコファラドであった。電極アセンブリ静電容量は、電極面積、ギャップ長（ウェーハ支持体とオーバーヘッド電極間の距離）および浮遊容量に影響を及ぼす因子、特にはシール１３０および誘電リング１２０の誘電値の影響を受け、そしてこれらは使用材料の誘電率および厚さの影響を受ける。より一般的には、電極アセンブリ１２６の静電容量（無符号数またはスカラー）は、以下検討するように、特定のソースパワー周波数、プラズマ密度、および動作圧力での、プラズマの負の静電容量（複素数）と大きさが等しいか、略等しい。
【００８０】
前述の関係に影響を及ぼす因子の多くは、リアクタで実施しなくてはならないプラズマプロセス要件の実情と、ウェーハサイズと、ウェーハ上で行う均一処理の要件とに起因して、かなりの部分が予め決定されている。従って、プラズマ静電容量は、プラズマ密度およびソースパワー周波数の関数であり、電極容量は、ウェーハ支持体と電極間のギャップ（高さ）、電極直径、およびアセンブリの絶縁体の誘電値の関数である。プラズマ密度、動作圧力、ギャップ、および電極直径は、リアクタで実行するプラズマプロセスの要件を満たさなくてはならない。特に、イオン密度は特定の範囲内でなくてはならない。例えば、シリコンおよび誘電体のプラズマエッチングプロセスでは、概してプラズマイオン密度が１０９乃至１０１２イオン／ｃｃの範囲であることが求められる。ウェーハ電極のギャップが、例えば約２インチであれば、８インチのウェーハに対して最適なプラズマイオン分布均一性を与える。電極直径はウェーハ直径を超えなければ、少なくとも同程度の大きさであることが好ましい。動作圧力も同様に、典型的なエッチングおよび他のプラズマプロセスにとって実際的な範囲であることが好ましい。
【００８１】
しかし、上記の好ましい関係を得るために選択可能なその他の因子がまだ残っていることが分かっている。特には、ソースパワー周波数の選択、およびオーバーヘッド電極アセンブリ１２６に関する静電容量の選択である。電極に対する上記の寸法制約およびプラズマに対する制約（例えば密度範囲）の中で、ソースパワー周波数としてＶＨＦ周波数を選び、そして、電極アセンブリ１２６の絶縁体コンポーネントの誘電値を適切に選択すれば、電極容量を、プラズマの負の静電容量の大きさに整合させることができる。このような選択によって、ソースパワー周波数とプラズマ−電極共振周波数とを整合または概ね整合できる。
【００８２】
従って、一例示によれば、８インチウェーハに対し、オーバーヘッド電極の直径は略１１インチ、ギャップは約２インチであり、プラズマ密度および動作圧力は、上記のようにエッチングプロセスの典型値とし、ＶＨＦソースパワー周波数を２１０ＭＨｚ（但し、異なるＶＨＦ周波数であっても同等の効果がある）とし、ソースパワー周波数、プラズマ電極共振周波数、およびスタブ共振周波数すべてを整合または概ね整合させる。
【００８３】
より詳細には、これら３種類の周波数を互いにわずかにオフセットさせ、ソースパワー周波数は２１０ＭＨｚ、電極‐プラズマ共振周波数は約２００ＭＨｚ、スタブ周波数は約２２０ＭＨｚである。これは、有利にシステムＱを縮小する離調効果を得ることを目的とする。このようにシステムＱを縮小すると、リアクタの性能がチャンバ内の条件変化の影響を受けなくなり、これによってプロセス全体は著しく安定し、はるかに広いプロセスウィンドウにわたって実行できる。
【００８４】
目下のところ好ましいモードは、直径１２インチのウェーハの収容に適したチャンバ径およびペデスタル径を有し、ウェーハとシーリング間のギャップが約１．２５インチ、そしてＶＨＦソースパワー周波数が１６２ＭＨｚ（先に言及した２１０ＭＨｚとは異なる）である。
【００８５】
同軸スタブ１３５は特別に構成された設計であり、これが更に、システム全体の安定性およびその広いプロセスウィンドウケーパビリティのみならず、その他多くの価値ある利点に寄与する。これは、内側円筒導体１４０および同心の外側円筒導体１４５を含む。例えば比誘電率１の絶縁体１４７（図２４にハッチングで示す）は、内外導体１４０、１４５間の空間を満たす。内外導体１４０、１４５は、例えば、ニッケル被覆アルミニウムで形成してもよい。例示では、外側導体１４５の直径は約４インチ、内側導体１４０の直径は約１．５インチである。スタブ特性インピーダンスは、内外導体１４０、１４５の半径および絶縁体１４７の誘電率で決まる。上記の場合のスタブ１３５の特性インピーダンスは６５Ωである。より一般的には、スタブ特性インピーダンスは、ソースパワー出力インピーダンスを約２０％〜４０％、好ましくは約３０％上回る。スタブ１３５の軸長は、２２０ＭＨｚ付近で共振を得て、ＶＨＦソースパワー周波数２１０ＭＨｚからわずかにオフセットしながら概ね整合させるために、約２９インチ（２２０ＭＨｚの半波長）とする。
【００８６】
以下に述べるように、ＲＦ発生器１５０からのＲＦパワーをスタブ１３５へ印加するために、スタブ１３５の軸方向長に沿う特定箇所にタップ１６０を設ける。発生器１５０のＲＦパワー端子１５０ｂおよびＲＦ戻り端子１５０ａは、スタブ１３５上のタップ１６０のところで、それぞれ内側および外側同軸スタブ導体１４０、１４５に接続されている。これらの接続は、周知の方法で、発生器１５０の出力インピーダンス（通常５０Ω）と整合する特性インピーダンスを有する発生器‐スタブ同軸ケーブル１６２を経由してなされる。スタブ１３５の遠端部１３５ａにある終端導体１６５は内外導体１４０、１４５を共に短絡し、これによってスタブ１３５はその遠端部１３５ａで短絡される。スタブ１３５の近端部１３５ｂ（非短絡端）では、外側導体１４５が環状導電性ハウジングつまり支持体１７５を介してチャンバ本体に接続される一方、内側導体１４０が導電性シリンダつまり支持体１７６を介して電極１２５の中心に接続される。誘電リング１８０は、導電性シリンダ１７６と電極１２５との間に、離間して保持される。
【００８７】
内側導体１４０は、プロセスガスおよび冷却液等の供給に利用されるコンジットを備える。この特徴の主な利点は、典型的なプラズマリアクタと異なり、ガスライン１７０および冷却液ライン１７３が大きな電位差を交差させないことである。従って、かかる目的で、両ラインを低コストでより信頼性の高い金属材料で構成してもよい。金属製ガスライン１７０は、オーバーヘッド電極１２５またはその近傍の排気口１７２にガスを供給する。一方、金属製の冷却液ライン１７３は、オーバーヘッド電極１２５内の冷却液通路つまりジャケット１７４に冷却液を供給する。
【００８８】
この特別に構成したスタブによるＲＦ発生器１５０とオーバーヘッド電極アセンブリ１２６との間の整合、ならびにプラズマ負荷の処理、反射パワーの最小化および負荷インピーダンスの広範な変化を吸収する超幅広インピーダンス整合空間の提供によって、能動的な共振インピーダンス変換が行われる。その結果、パワーの使用でこれまで達成できなかった効率と共に、幅広いプロセスウィンドウおよびプロセスフレキシビリティが与えられ、同時に、それらすべてが典型的なインピーダンス整合装置の必要性を極力抑えたり回避したりする。上記の通り、スタブ共振周波数も理想の整合からはオフセットしており、システム全体のＱ、システム安定性、プロセスウィンドウおよびマルチプロセスケーパビリティを更に向上する。
電極‐プラズマ共振周波数とＶＨＦソースパワー周波数との整合：
概略述べたように、主たる特徴は、電極‐プラズマ共振周波数でのプラズマとの共振、そしてソースパワー周波数と電極−プラズマ周波数との整合（または略整合）のためにオーバーヘッド電極アセンブリ１２６を構成することである。電極アセンブリ１２６は主に容量性リアクタンスを有する一方、プラズマリアクタンスは周波数、プラズマ密度、および他のパラメータの複合関数である。（以下詳細に述べるが、プラズマは、虚数項を持つ複合関数であって一般的に負の静電容量に対応するリアクタンスに関して分析される。）電極‐プラズマ共振周波数は、電極アセンブリ１２６およびプラズマのリアクタンスによって（コンデンサおよびインダクタのリアクタンスによって決まるコンデンサ／インダクタ共振回路の共振周波数に類比して）決められる。従って、電極‐プラズマ共振周波数は必ずしもソースパワー周波数でなくてもよく、プラズマ密度に依存する。従って、実際の閉じ込めを特定範囲内のプラズマ密度および電極寸法に制約すれば、プラズマリアクタンスが、電極‐プラズマ共振周波数とソースパワー周波数とが等しくなる、または略等しくなるようなソースパワー周波数を見出すことが課題となる。（プラズマリアクタンスに影響を及ぼす）プラズマ密度および（電極容量に影響を及ぼす）電極寸法が、特定のプロセス制約を満たさなくてはならないことが、この課題を更に困難にしている。具体的には、誘電体および導体プラズマエッチングプロセスに関して、プラズマ密度は１０９乃至１０１２イオン／ｃｃの範囲内であるのがよく、これがプラズマリアクタンスに対する制約である。その上、例えば８インチ径ウェーハを処理するためのより均一なプラズマイオン密度分布は、ウェーハと電極間のギャップつまり高さを約２インチとして、電極直径の大きさをウェーハ直径と等しいかそれ以上とすれば、実現でき、これが電極容量に対する制約である。その一方、直径１２インチウェーハには異なるギャップを適用してもよい。
【００８９】
従って、電極容量をプラズマの負の静電容量の大きさに整合させて（または概ね整合させて）、電極‐プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数を、少なくとも概ね整合させる。先に挙げた一般的な導体および誘電体エッチングプロセスの条件下（すなわちプラズマ密度１０９乃至１０１２イオン／ｃｃ、ギャップ２インチ、電極直径約１１インチ）では、ソースパワー周波数がＶＨＦ周波数であれば、整合可能である。それ以外の条件（例えば、異なるウェーハ径、異なるプラズマ密度）によって異なる周波数範囲を指示し、このようなリアクタの特徴を実行する際に係る整合を実現してもよい。以下で述べるが、誘電体および金属プラズマエッチングならびに化学的気相堆積を含む幾つかの主要用途で３インチウェーハを処理するための好ましいプラズマ処理条件下で、先に定めたプラズマ密度を有する典型的な一作業例のプラズマ静電容量は、−５０乃至−４００ピコファラドであった。一例示では、電極直径を１１インチ、ギャップ長（電極からペデスタルまでの間隔）を約２インチとし、シール１３０には誘電率９および厚さ１インチオーダーの誘電材料を選び、さらにリング１２０には誘電率４および厚さ１０ｍｍオーダーの誘電材料を選ぶことで、オーバーヘッド電極アセンブリ１２６の静電容量をこの負のプラズマ静電容量の大きさに整合させた。
【００９０】
電極アセンブリ１２６とプラズマとの組み合わせは、先程述べたようにそれらの静電容量が整合していると仮定すれば、電極１２５に印加するソースパワー周波数と少なくとも概ね整合する電極‐プラズマ共振周波数で共振する。エッチングプラズマ処理の好ましいレシピ、環境、およびプラズマを得るには、この電極‐プラズマ共振周波数とソースパワー周波数とをＶＨＦ周波数で整合または概ね整合させればよいこと、また、このように周波数を整合または概ね整合させると非常に有利であることを本願発明者は発見した。例示の場合、後述のように、上記の負のプラズマ静電容量の値に対応する電極‐プラズマ共振周波数は約２００ＭＨｚである。ソースパワー周波数は２１０ＭＨｚで概ね整合され、後述の更なる利点を実現するために、電極‐プラズマ共振周波数より若干上にオフセットしている。
【００９１】
なかでも、プラズマ静電容量はプラズマ電子密度の関数である。これはプラズマイオン密度と相関し、良好なプラズマ処理条件を提供するために、プラズマイオン密度を略１０９乃至１０１２イオン／ｃｃの範囲内に維持する必要がある。以下でさらに詳述するが、この密度は、ソースパワー周波数および他のパラメータとともに、負のプラズマ静電容量を決定する。従って、その選択はプラズマ処理条件を最適化するニーズの制約を受ける。しかし、オーバーヘッド電極アセンブリの静電容量は多くの物理的因子、例えば、ギャップ長（電極１２５とウェーハとの間隔）；電極１２５の面積；誘電シール１３０の誘電正接範囲；電極１２５と接地チャンバ本体１２７間の誘電シール１３０の誘電率選択；プロセスキット誘電シール１３０の誘電率選択；誘電シール１３０および１２０の厚さ；およびリング１８０の厚さおよび誘電率；の影響を受ける。これによって、オーバーヘッド電極容量に影響を及ぼすこれらおよびその他の物理的因子の中から選択することで、電極アセンブリの静電容量をいくらか調節することができる。本願発明者は、オーバーヘッド電極アセンブリの静電容量と負のプラズマ静電容量の大きさとの間で必要な整合度を達成するには、この調節範囲で十分であることが分かった。特に、誘電率およびその結果生じる誘電値が所望の値となるよう、シール１３０およびリング１２０の誘電材料および寸法を選択する。その後、電極容量に影響を及ぼす同じ物理的因子の一部、特にギャップ長は、以下のような実用性の影響を受けたり、制限されたりするという事実にも拘わらず、電極容量とプラズマ静電容量との整合を達成できる。すなわち、より大径のウェーハを取り扱うニーズがある場合；ウェーハ全直径にわたりプラズマイオン密度分布の均一性を良好にしてそれを行う場合；イオン密度対イオンエネルギーの制御を良好にする場合。
【００９２】
プラズマ静電容量および整合オーバーヘッド電極容量が前述の範囲であるとすると、電極‐プラズマ共振周波数は、ソースパワー周波数２１０ＭＨｚに対して略２００ＭＨｚであった。
【００９３】
このような方法で電極アセンブリ１２６の静電容量を選択し、そして、その結果得られた電極‐プラズマ共振周波数とソースパワー周波数とを整合させる大きな利点は、ソースパワー周波数付近での電極およびプラズマの共振によって、拡大インピーダンス整合およびプロセスウィンドウを提供するだけでなく、結果として、プロセス条件の変化に対するより大きな耐性すなわちより優れた性能安定性も提供できることにある。処理システム全体が、プラズマインピーダンスの切換え等、運転条件の変化に左右されないので、信頼性が高まるだけでなく、プロセス適用範囲も広がる。本明細書で後述するが、この利点は、電極‐プラズマ共振周波数とソースパワー周波数との間のオフセットを小さくすることで更に強化される。    
【００９４】
図２５は、内外コイル６０、６５を、固定同調スタブを介してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極と、周縁部に沿うＭＥＲＩＥ電磁石とを有する容量結合型リアクタへ、どのように組み合わせるかを示す。このようなリアクタについては、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎ他が２００１年１２月１９日に出願し、本発明の譲受人に譲渡した米国特許出願第１０／０２８，９２２号「プラズマと同調するオーバーへッドＲＦ電極を備えるプラズマリアクタ」  に記載され、引用によってその開示は本明細書中に取り込まれる。
【００９５】
図２５を参照すると、ＶＨＦ容量結合プラズマリアクタは、図１Ａのリアクタにある以下のエレメントを含む。すなわち、チャンバ底部で半導体ウェーハ１１０を支持するウェーハ支持体１０５を有するリアクタチャンバ１００。図示の場合のプロセスキットは、接地チャンバ本体１２７上で誘電リング１２０に支持される半導体または導体リング１１５から成る。チャンバ１００の上部は、誘電シール１３０により、接地チャンバ本体１２７上のウェーハ１１０上方で所定ギャップ長をとって支持されたディスク状オーバーヘッドアルミニウム電極１２５で閉じられている。また、オーバーヘッド電極１２５はその内側表面を、半金属材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＣ）で被覆可能な金属（例えばアルミニウム）であっても、それ自体が半金属材料であってもよい。ＲＦ発生器１５０はＲＦパワーを電極１２５に印加する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０に整合させた同軸ケーブル１６２を介して、電極１２５に接続された同軸スタブ１３５に結合される。以下でより詳細に述べるように、特性インピーダンスを有するスタブ１３５は共振周波数を持ち、電極１２５と同軸ケーブル１６２／ＲＦパワー発生器１５０との間のインピーダンス整合を提供する。ＲＦ発生器１５０のＲＦリターン（ＲＦグラウンド）にチャンバ本体を接続する。オーバーヘッド電極１２５からＲＦグラウンドまでのＲＦ経路は、プロセスキットの誘電リング１２０および誘電シール１３０の静電容量の影響を受ける。ウェーハ支持体１０５、ウェーハ１１０およびプロセスキットの半導体（または導体）リング１１５は、電極１２５に印加されるＲＦパワーに対して第１次ＲＦリターン路を提供する。      
【００９６】
図１Ａの場合のように、内側コイル６０の直径は外側コイル６５の直径の半分未満であり、外側コイル６５よりもチャンバから離れた平面内にある。外側コイル６５は、電極１２５の頂部の平面またはそれに近接して配置される一方、内側コイル６０は、電極１２５のかなり上方に配置される。図１の場合のように、コイル６０、６５のＤＣ電流は、コイル６０、６５の電流供給源７０、７５を調整するプラズマ操作コントローラ９０により制御される。  
【００９７】
プラズマ密度分布均一性を改善するには、ウェーハ支持体の周縁部に沿ってリアクタチャンバの外側で均等に離間した１セットのＭＥＲＩＥ電磁石９０２（図７、図８で示す電磁石と同様）を導入すれば達成できる。これらＭＥＲＩＥ電磁石は、円筒チャンバの対称軸を中心に低速で回転する磁場を、ウェーハ支持ペデスタル表面の略全体にわたって生成するようになされる。ある場合には、この特徴は、ウェーハ支持ペデスタルの円周に接する各軸を中心に巻回する電磁石巻線を有するＭＥＲＩＥ電磁石９０２によって実現される。この場合、ＭＥＲＩＥ電流コントローラ９０４は各ＭＥＲＩＥ電磁石への個々の電流を制御する。同じ周波数であって位相が９０度（または３６０度をＭＥＲＩＥ電磁石の数で除した角度）オフセットしたＡＣ電流を、個々の電磁石巻線へ供給するコントローラ９０４によって、ワークピース支持体の平面に回転磁場が生成される。代替のケースでは、回転磁場のこの特徴は、ロータ１０２５（破線）により対称軸を中心に回転させられるＭＥＲＩＥ電磁石すべてを支持フレーム１０２０（破線）が支持することで実現する。この代替ケースで、ＭＥＲＩＥ電磁石は永久磁石である。
【００９８】
ワークピースつまりウェーハの支持ペデスタルを中心に均等に離間して、第１のセットのＭＥＲＩＥ電磁石９０２よりも高い平面内に、ＭＥＲＩＥ電磁石９０６の第２アレイ（破線で示す）を設けてもよい。２セットの電磁石はそれぞれ、ワークピース支持体の平面付近の各平面上にある。
【００９９】
コントローラ９１０は、低い周波数（０．５乃至１０Ｈｚ）のＡＣ電流を各電磁石９０２、９０６に印加し、隣接する電磁石に印加する電流の位相は上記のように９０度オフセットしている。その結果、磁場は、低周波数のＡＣ電流で、ワークピース支持体の対称軸を中心に回転する。この磁場によって、プラズマはワークピース表面付近の磁場に向けて引き付けられ、磁場とともに回転する。これにより、プラズマが攪拌されるので、プラズマの密度分布がより均一になる。その結果、ウェーハ表面全体にわたってより均一なエッチング結果を得ることができるので、リアクタ性能が著しく向上する。
オーバーヘッド電極とガス分配プレートとの組合せ：
プロセスガスをオーバーヘッドシーリングから供給してチャンバ内のガス分布の均一性を向上させることが望ましい。そうするために、図２４および２５のケースでは、オーバーヘッド電極１２５がガス分配シャワーヘッドにもなるので、多数のガス噴射ポートつまり小孔３００を、ワークピース支持体１０５に面するその底面に有する。例示のケースでは、孔３００の直径は０．０１乃至０．０３インチであり、各孔の中心は約３／８インチずつ均等に離間している。
【０１００】
オーバーヘッド電極／ガス分配プレート１２５（以下ガス分配プレート１２５と称する）の耐アーク性は改善されている。これは、各開口つまり孔３００の中心からプロセスガスおよび／またはプラズマを排除する消弧フィーチャを導入したことに因る。この消弧フィーチャは、図２６の断面図および図２７の拡大断面図で示すように、孔３００の中心にあって、それぞれの円筒フィンガつまり細いロッド３０３の端部で支持される１セットの中心片つまりディスク３０２である。典型的なガス分配プレート内でのアークは、ガス噴射孔の中心付近で発生する傾向にある。従って、中心片３０２を各孔３００の中心に配置することで、プロセスガスが各孔３００の中心に達するのを防ぎ、それによってアーク発生を減らすことができる。図２８の平面図で示すように、孔３００に中心片３０２を導入することで、さもなければ円形である開口つまり孔３００を環状開口に変える。  
【０１０１】
図２９Ａを参照すると、消弧能力を改善したガス分配プレート１２５でカバー１４０２およびベース１４０４を構成する。ベース１４０４は、ガス噴射開口が貫通するよう形成された円盤状プレート１４０６であり、内側ショルダ１４１０を有する環状壁１４０８で囲まれている。カバー１４０２も円盤状プレートである。ディスク３０２は、カバー１４０２の底面に取り付けられてそこから下方に延びる円筒フィンガ３０３の端部である。カバー１４０２の外側端は、ベース１４０４のショルダ１４１０に載置され、カバー１４０２とベース１４０４との間にガスマニホールド１４１４（図２６）を形成する。プロセスガスは、カバー１４０２の中心にあるガス入口１４１６からマニホールド１４１４に流入する。
【０１０２】
ガス分配プレート１２５の一部であってチャンバ内でプロセスガスまたはプラズマに接触する部分は、シリコンカーバイド等の半導体処理対応材料を被覆したアルミニウム等の金属で形成することができる。この実施例では、カバー１４０２の上面を除いて、ガス分配プレートの全表面が、図２９Ｂの部分拡大断面図で示すように、シリコンカーバイド被膜１５０２で被覆される。図３０で示すように、カバー１４０２のアルミニウム上面は、熱交換器１５２４により循環する冷却液を用いてウォータージャケット１５２２を介して水冷される、温度制御される部材１５２０に接触する。従って、ガス分配プレート１２５の熱伝導性アルミニウム材料の温度は制御される。代替として、図３１で示すように、ウォータージャケットをガス分配プレート１２５内に設けてもよい。
【０１０３】
しかし、シリコンカーバイド被膜１５０２を同じ温度に制御するためには、シリコンカーバイド被膜とアルミニウムとの間に熱伝導性接合材を設けなくてはならない。さもなければ、シリコンカーバイド被膜の温度は制御できずに変動することになろう。ガス分配プレート１２５のアルミニウム材料とシリコンカーバイド被膜との間で良好な熱伝導性を達成するには、図２９Ａで示すように、ポリマー接合層１５０４を、アルミニウム製ガス分配プレートとシリコンカーバイド被膜１５０２との間に形成する。図２９Ａは、ポリマー接合層１５０４がシリコンカーバイド被膜１５０２とアルミニウムベース１４０４との間にあることを示す。ポリマー接合層は、アルミニウムとシリコンカーバイド被膜１５０２との間に良好な熱伝導性を提供する。これによって、被膜１５０２の温度は熱交換器１５２４で制御される。
【０１０４】
図３２、図３３、図３４は、図２９Ａのガス分配プレート１２５をどのように改良してデュアルゾーンガス流量制御を提供できるかを示す。こうした特徴を利用して、相補的なプロセスガス分布を選択することにより、エッチング速度つまり中心部が高い、または中心部が低い堆積速度空間分布の補正を支援する。具体的には、環状の仕切つまり壁１６０２が、ガスマニホールド１４１４を中央マニホールド１４１４ａと外側マニホールド１４１４ｂとに隔てる。中央マニホールド１４１４ａに供給する中央ガス供給口１４１６に加え、ガス分配プレート１２５の中心と周縁との間に別のガス供給口１４１８を設けて外側マニホールド１４１４ｂに供給する。デュアルゾーンコントローラ１６１０は、内側ガス供給口１４１６と外側ガス供給口１４１８との間に設けたプロセスガス供給源１６１２からのガス流量を配分する。図３５は弁１６１０の一実施例を示し、そこでは関節式１６１８がガス分配プレートの内側および外側マニホールド１４１４ａ、１４１４ｂへのガス流量の相対量を制御する。インテリジェント流量コントローラ１６４０がベーン１６１８の位置を調整する。図３６に示す別の実施では、１対の弁１６５１、１６５２がチャンバのそれぞれの径方向ゾーンの個々のガス流量制御を行う。  
【０１０５】
図３７に示すケースでは、ガス分配プレート１２５が３つのガス流量ゾーンを有し、マニホールド１４１４が内側および外側環状隔壁１６０４、１６０６によって３つのマニホールド１４１４ａ、１４１４ｂ、１４１４ｃに分けられている。３つのガス供給口１４１６、１４１８、１４２０はそれぞれ、ガス流を各マニホールド１４１４ａ、ｂ、ｃに供給する。
【０１０６】
本明細書で、１対のオーバーヘッドコイル６０、６５を有する等、様々なケースについて説明したが、図３７は、３つ以上のオーバーヘッドコイルを設けることが可能なことを示している。事実、図３７のケースでは、３つの同心オーバーヘッドコイル、つまりコイル６０、６４、６５を有する。独立して制御されるオーバーヘッドコイルの数を増加させることにより、処理の不均一性を補正する分解能が向上すると考えられる。
【０１０７】
図３４および３７のマルチゾーンガス分配プレートは、ワークピースの内側および外側処理ゾーン間のガス配分を柔軟に制御できるという利点を享受する。しかしながら、ガス流量をカスタマイズする別のやり方では、異なる半径のガス分配プレート１２５に大きさの異なるガス噴射孔を設けて永続的に行う。例えば、リアクタが、中心部が高い空間エッチング速度分布を表す傾向にある場合、より小さいガス噴射孔３００を中心部で、また、より大きいガス噴射孔を周縁近くで用いることで、中心付近ほど少量のガスを、また、チャンバの周縁部ほど多量のガスを供給する。このようなガス分配プレートを図３８の平面図で示す。中心部が低いエッチング分布については、図３９で示すように、逆の孔編成が採用されよう。
図９のリアクタでのプラズマ操作
図１１〜１４を参照して説明したプラブマ操作を、図９のケースで実行した。−１３アンペアおよび＋１．４アンペアの電流をそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加して、側壁を指向する磁場を生成した。−１３アンペアおよび＋５．２アンペアの電流をそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加して、シーリングつまり電極１２５の周縁部を指向する磁場を生成した。−１３アンペアおよび＋９．２アンペアの電流をそれぞれ内側コイル６０および外側コイル６５へ印加して、側壁に高密度の磁場を生成した。洗浄中のチャンバ表面のエッチング速度は、上述のようにシーリングつまり電極１２５の周縁を指向する磁場を印加することにより、４０％も向上することが判明した。        
【０１０８】
コイル構成：
内側および外側コイル６０、６５を参照して先のケースを説明したが、より多くの数のコイルを使用してもよい。例えば、図４０の場合は５つのオーバーヘッドコイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８を有し、各コイルの電流が別々にコントローラ９０で制御される。コイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８は、シーリング１２５（図４０参照）より上方であれば、高さが同一であっても異なってもよい。図４１に示すケースでは、オーバーヘッドコイル６０、６５の高さが同じである。図４１では、各コイル６０、６５の巻線が垂直方向および径方向に積層されている。図４２および図４３は異なるケースを示し、コイル６０、６５の巻線が垂直方向および径方向に延びている。
【０１０９】
本明細書で、図１Ａを参照して先に述べたように、不均一分布を補正するためにプラズマにかける磁気圧は、磁場の二乗で得られる勾配の径方向成分に比例する。従って、最も効率的なアプローチは、カスプ磁場のような径方向勾配が大きな磁場を用いることである。更に上述したように、カスプ磁場の効率が高まるにつれ、所定の磁気圧量に対して必要な磁場強度は小さくなるので、高磁場に伴う除去装置の損傷を軽減または解消する。図４４に示すケースでは、チャンバの上側および下側にそれぞれ配置される１対のコイル４４２０、４４４０によってフルカスプ磁場が生成される。上側および下側コイル４４２０、４４４０の電流は、それぞれ時計回りおよび反時計回りに流れる。図４５は、１対のコイル４４２０、４４４０が生成したフルカスプ磁場の磁力線パターンを簡略化して示す。
【０１１０】
図４６に示すケースでは、従来のＭＥＲＩＥリアクタ４６５０の４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０を用いて、図４５に示すフルカスプ磁場を生成する。電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の各電流を制御する電流コントローラ４６６０は、図４６の矢印で示すように、すべての電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０で同一（例えば時計回り）方向に流れるＤＣ電流を印加するようプログラムされている。このようにして、上側導体４６１０ａ、４６２０ａ、４６３０ａ、４６４０ａのＤＣ電流が時計回りの電流ループを形成し、下側導体４６１０ｂ、４６２０ｂ、４６３０ｂ、４６４０ｂのＤＣ電流が反時計回りの電流ループを形成する。一方、アレイの各角部の隣接する電磁石（例えば１対の垂直導体４６２０ｃ、４６３０ｄ）の垂直導体の電流は、ウェーハ表面で相互の磁場を打ち消す。直接効果は、図４４の場合と同様、時計回りおよび反時計回りの電流ループをそれぞれチャンバの上側および下側で生成し、その結果、図４５で示す同一のフルカスプ磁場を生じさせることである。図４６のリアクタは３つのモードのうちのどれか１つで運転させる。
【０１１１】
（１）カスプ磁場を生成する磁気圧モード；
（２）４つの正弦波電流を４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０に直交して印加して、ウェーハ表面上に低速回転磁場を生成する正弦波モード；
（３）４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０を、２セットの対向する隣接対、すなわち一方向のＤＣ電流を有する１セットと、逆方向のＤＣ電流を有する向かい側の１セット、にグループ分けして、４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の配向に対して対角線方向にウェーハ表面を横断して延在する略直線の磁力線を生成する、コンフィギュラブル磁場（ＣＭＦ）モード。このグループ分けされた各セットは、磁場が４つの対角線方向に回転するよう電流を切換えることによって回転する。これらの方向の時間系列を図４７Ａ、図４７Ｂ、図４７Ｃ、図４７Ｄに示す。  
【０１１２】
図４７Ａでは、電磁石４６１０、４６２０は正のＤＣ電流を持つが、電磁石４６３０、４６４０は負のＤＣ電流を持つ。また、その結果生ずる平均磁場方向は、概ね図の上側の左隅から下側の右隅に至る。図４７Ｂでは、グループ分けされた各セットが、電磁石４６２０、４６３０が正電流を持ち、電磁石４６４０、４６１０が負の電流を持つように切換えられ、また平均磁場が時計回りに９０度回転している。図４７Ｃおよび図４７Ｄでサイクルは完了する。磁力線強度は、こうして印加される正および負のＤＣ電流の大きさの違いで決定される。また、コントローラ４６５０をプログラムして意のままに調節してもよい。  
【０１１３】
４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０のＤＣ電流を精確に選定して不均一エッチング速度またはプラズマイオン密度分布に対して最良補正を提供するために、図９の方法をＣＭＦモードで採用してもよい。図９の方法を図４７Ａ〜ＤのＣＭＦモードで適用する際、オーバーヘッドコイル６０、６５が各電磁石のコイルつまりコイル４６１０、４６２０、４６３０、４６４０に置き換えられ、この置き換えに応じて図９のすべてのステップが行なわれる。唯一の違いは、各コイルからの磁場の演算が、図４７Ａ〜Ｄに対応する４つの時間帯の平均として計算されることである。  
【０１１４】
図４８は、ポンピングアニュラスを覆って挿入される特殊格子４８１０を含むリアクタを示す。格子４８１０は、シリコンカーバイド等の半導体材料またはアルミニウム等の導電性材料で形成され、チャンバからポンピングアニュラスを通ってガスを排気させる開口４８２０を有する。特殊格子４８１０はプラズマをポンピングアニュラスから排気して、必要な保護およびプロセス制御を提供する。このため、径方向平面での各開口４８２０の内側の長さは、プラズマシースの厚さの２倍を超えない。このようにすると、プラズマは格子４８１０を貫通することは不可能ではないが、非常に困難である。これによって、ポンピングアニュラス内でのチャンバ表面とのプラズマ相互作用を抑制または解消する。        
【０１１５】
図４９および図５０は、図４８のプラズマ閉じ込め格子４８１０を組込んで、一体形成し脱着可能チャンバライナー４９１０を示す。ライナー４９１０は、電極１２５の下にあってウェーハ１１０の上にある領域の径方向外側のチャンバ各部を覆っている。従って、ライナー４９１０は、チャンバシーリングの外縁を覆う上側水平部４９２０と、チャンバ側壁を覆う垂直部４９３０と、プラズマ閉じ込め格子４８１０を含んでポンピングアニュラスならびにウェーハ１１０近傍の環状面を覆う下側水平部４９４０とを含む。一例では、各部４９２０、４９３０、４９４０がモノリシックシリコンカーバイド片４９５０として一体的に形成される。ライナー４９１０は、シリコンカーバイド片４９５０の下側水平部４９４０の下にあるアルミニウムベース４９６０をさらに含み、そこに接合される。アルミニウムベース４９６０は、１対の下方に延びる環状レール４９６２、４９６４を含み、両レールは比較的細長く、ウェーハ支持ペデスタル１０５の下方のチャンバの接地構造エレメントに良好な導電率を与える。  
【０１１６】
リアクタは、下方に延びる環状レール４９６２、４９６４と熱的に接触する温度制御エレメント４９７２、４９７４の他に、垂直側面部４９３０と熱的に接触する温度制御エレメント４９７６を備えてもよい。各熱制御エレメント４９７２、４９７４、４９７６は、冷却液通路を含む冷却装置と、電熱器を含む加熱装置とを備えてもよい。ライナー４９１０の内面のポリマーまたはフッ化炭素化合物の堆積を最小化するか、回避するために、ライナー４９１０を十分高い温度（例えば１２０度Ｆ）に維持することが望ましい。    
【０１１７】
ライナー４９１０は良好な大地帰還路を与えるので、プロセス安定性を高める。これは、電位がシリコンカーバイド片４９５０の内面（上側水平部４９２０、垂直部４９３０および下側水平部４９４０の内側を臨む表面を含む）に沿って均一であることに因る。その結果、ライナー４９１０は、オーバーヘッド電極１２５またはウェーハペデスタル１０５のどちらかから供給されるパワーに対しても、その内側を臨むすべての表面で均一なＲＦリターン路を提供する。利点の１つは、プラズマ変動がＲＦリターン電流分布を動かして、ライナー４９１０の内面の異なる部分に集中させるので、その電流に与えられるインピーダンスは極めて一定に保たれることである。この特徴は、プロセス安定性を高める。  
【０１１８】
図５１は図７のケースの変形例を示し、ここで、オーバーヘッドソレノイド６０、６５はＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８の方形パターンと対称の方形パターンを画成し、特に、フォトマスク等の方形の半導体つまり誘電体ワークピース４９１０の均一処理に適している。  
【０１１９】
図５２は、図２４のリアクタの変形を示す。このリアクタでは、ウェーハ支持ペデスタル１０５を上下に移動させてもよい。プラズマイオンの径方向分布を制御する２つのオーバーヘッドコイル６０、６５に加え、下部コイル５２１０をウェーハ支持ペデスタル１０５の平面より下方に設けている。さらに、チャンバの周縁部に外側コイル５２２０がある。外側オーバーヘッドコイル６５および下部コイル５２１０は、反対のＤＣ電流を持ち、チャンバ内にフルカスプ磁場を形成する。  
【０１２０】
オーバーヘッドソースパワー電極およびガス分配プレートとしての機能を果たすオーバーヘッドシーリングを有するリアクタに、オーバーヘッドコイル６０、６５を組み合わせたものについて説明したが、シーリングを、ガス分配プレートとは異なるタイプにして、別の従来のやり方でプロセスガスを導入してもよい（例えば側壁を介して）。さらに、シーリング電極でソースパワーを容量結合しないリアクタで、コイル６０、６５を用いてもよい。また、オーバーヘッド電極用のインピーダンス整合素子は、同軸同調スタブ等の固定素子として説明した。しかしながら、インピーダンス整合素子は、適切なものであれば、ダイナミックインピーダンス整合回路など、従来のインピーダンス整合装置であってもよい。  
【０１２１】
本発明は、好ましい実施例を具体的に参照して詳細に説明したが、言うまでもなく、本発明の真の精神および範囲から逸脱しない限り、本発明に関して様々な変更を行ってもよい。  
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１Ａ】図１Ａは、プラズマイオン均一性を制御するための、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えるプラズマリアクタを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、プラズマイオン均一性を制御するための、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えるプラズマリアクタを示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、プラズマイオン均一性を制御するための、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えるプラズマリアクタを示す。
【図２】図２は、図１のオーバーヘッドコイルを制御する例示の装置を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図１のオーバーヘッドコイルの磁場を表すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１のオーバーヘッドコイルの磁場を表すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、同磁場を空間的に表す。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のリアクタの様々な運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１のリアクタの様々な運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図１のリアクタの様々な運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図１のリアクタの様々な運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、図１のリアクタの更なる運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図１のリアクタの更なる運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図１のリアクタの更なる運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図１のリアクタの更なる運転モードに関する径方向位置（横軸）の関数としてのウェーハ表面エッチング速度（縦軸）を表すグラフである。
【図６】図６は、磁場の関数としてのエッチング速度を示すグラフである。
【図７】図７は、ＭＥＲＩＥ磁石を有する図ｌＡのリアクタを示す。
【図８】図８は、ＭＥＲＩＥ磁石を有する図ｌＡのリアクタを示す。
【図９】図９は、図ｌＡのリアクタの運転方法を示す。
【図１０】図１０は、図ｌＡのリアクタのウェーハ表面上での径方向位置の関数としての、磁気圧と、イオンまたは電子の密度との比較例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、コイル電流の関数としてのエッチング速度不均一性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、図１１の例におけるゼロコイル電流での径方向イオン分布を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａでは、図１１の例で、約１１アンペアのコイル電流での実測エッチング速度分布および予測エッチング速度分布を比較する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂでは、図１１の例で、約１１アンペアのコイル電流での実測エッチング速度分布および予測エッチング速度分布を比較する。
【図１４Ａ】図１４Ａでは、図１１の例で、約３５アンペアのコイル電流での実測エッチング速度分布および予測エッチング速度分布を比較する。
【図１４Ｂ】図１４Ｂでは、図１１の例で、約３５アンペアのコイル電流での実測エッチング速度分布および予測エッチング速度分布を比較する。
【図１５】図１５は、図ｌＡのリアクタの更なる運転方法を示す。
【図１６】図１６は、図ｌＡに対応するリアクタで得られた磁場分布を示す。
【図１７】図１７は、ウェーハ平面での図１６の磁場の二乗で得られる勾配を示す。
【図１８】図１８は、図ｌＡに対応するリアクタで得られた別の磁場分布を示す。
【０１２３】
【図１９】図１９は、ウェーハ平面での図１８の磁場の二乗で得られる勾配を示す。
【図２０】図２０は、図ｌＡに対応するリアクタで得られた更なる磁場分布を示す。
【図２１】図２１は、ウェーハ平面での図２０の磁場の二乗で得られる勾配を示す。
【図２２】図２２は、図ｌＡのリアクタの更なる運転方法を示す。
【図２３】図２３は、図１Ａのリアクタを制御するマイクロコントローラの動作の一例を示す。
【図２４】図２４は、図１Ａのリアクタが包含する特徴を含むプラズマリアクタを示す。
【図２５】図２５は、図１Ａのリアクタが包含する特徴を含む別のプラズマリアクタを示す。
【図２６】図２６は、図１Ａ、２４、２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２７】図２７は、図１Ａ、２４、２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２８】図２８は、図１Ａ、２４、２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２９Ａ】図２９Ａは、図１Ａ、２４、２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、図１Ａ、２４、２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図３０】図３０は、図２６に類似するガス分配プレートの熱制御の特徴を示す。
【図３１】図３１は、図２６に類似するガス分配プレートの熱制御の特徴を示す。
【図３２】図３２は、図２６に対応してデュアルゾーンガス流量制御機能を有するガス分配プレートを示す。
【図３３】図３３は、図２６に対応してデュアルゾーンガス流量制御機能を有するガス分配プレートを示す。
【図３４】図３４は、図１Ａに対応してデュアルゾーンガス分配プレートを有するプラズマリアクタを示す。
【図３５】図３５は、デュアルゾーンガス流量コントローラの一例を示す。
【図３６】図３６は、デュアルゾーンガス流量コントローラの一例を示す。
【図３７】図３７は、図３４に対応しプラズマイオン分布を制御する３つのオーバーヘッドコイルを有するプラズマリアクタを示す。
【図３８】図３８は、図２６のガス分配プレートとは異なるガス噴射孔パターンを示し、中心部のガス流量分布は、一方は低く、他方は高くなる。
【図３９】図３９は、図２６のガス分配プレートとは異なるガス噴射孔パターンを示し、中心部のガス流量分布は、一方は低く、他方は高くなる。
【図４０】図４０は、プラズマイオン分布を制御するオーバーヘッドコイルの異なる編成を示す。
【図４１】図４１は、プラズマイオン分布を制御するオーバーヘッドコイルの異なる編成を示す。
【図４２】図４２は、プラズマイオン分布を制御するオーバーヘッドコイルの異なる編成を示す。
【図４３】図４３は、プラズマイオン分布を制御するオーバーヘッドコイルの異なる編成を示す。
【図４４】図４４は、図ｌＡに対応するプラズマリアクタを示す。
【図４５】図４５は、図４４に示すオーバーヘッドコイルが、リアクタチャンバの上方および下方の、上側および下側磁気コイルに置き換えられた生成される、最良のカスプ磁場を示す。
【図４６】図４６は、図４４の上側および下側コイルを、図４５のカスプ磁場を生成するようなやり方で運転されるコンフィギュラブル磁場（ＣＭＦ）コイルへ、どのように置き換えたかを示す。
【図４７】図４７は、所望の磁場構成を生成する図４６のＣＭＦコイルの運転モードを示す。
【図４８】図４８は、リアクタのポンピングアニュラスへのプラズマイオンの進入を防ぐ、図１Ａのリアクタの環状開口プレートを示す。
【図４９】図４９は、リアクタのポンピングアニュラスへのプラズマイオンの進入を防ぐ、図１Ａのリアクタの環状開口プレートを示す。
【図５０】図５０は、リアクタのポンピングアニュラスへのプラズマイオンの進入を防ぐ、図１Ａのリアクタの環状開口プレートを示す。
【図５１】図５１は、矩形ワークピースを処理する図１Ａのリアクタの矩形バージョンを示す。
【図５２】図５２は、図ｌＡに対応するリアクタを示し、格納式ワークピース支持ペデスタルを有する。
【符合の説明】
【０１２４】
５…円筒側壁、１０…ガス分配プレート、１５…ウェーハ支持ペデスタル、２０…ワークピース、ウェーハ、３０…真空ポンプ、４０…ＲＦ発生器、６０…内側コイル、６２…、６４…、６５…外側コイル、９２、９４、９６、９８…ＭＥＲＩＥ電磁石、１００…リアクタチャンバ、１０５…ウェーハ支持体、１１０…半導体ウェーハ、１１５…導体または半導体リング、１２０…誘電リング、１２５…ディスク状オーバーヘッド導体電極、１２６…オーバーヘッド電極アセンブリ、１２７…チャンバ本体、１３０…誘電シール、１３５…同調素子、スタブ、１３５ａ…遠端部、１４０…内側円筒導体、１４５…外側円筒導体、１４７…絶縁体、１５０…ＲＦパワー発生器、１５０ａ…ＲＦ戻り端子、１５０ｂ…ＲＦパワー端子、１６０…タップ、１６２…同軸ケーブル、１６５…終端導体、１７０…ガスライン、１７３…冷却液ライン、１７５…支持体、１７６…導電性シリンダ、１８０…誘電リング、３００…小孔、３０２…ディスク、３０３…円筒フィンガつまり細いロッド、９０２…ＭＥＲＩＥ電磁石、９０６…ＭＥＲＩＥ電磁石、１０２０…支持フレーム、１０２５…ロータ、１４０２…カバー、１４０４…ベース、１４０８…環状壁、１４１０…内側ショルダ、１４１４…ガスマニホールド、１４１６…ガス入口、１４１８…ガス供給口、１５０２…シリコンカーバイド被膜、１５０４…ポリマー接合層、１５２０…温度制御される部材、１５２２…ウォータージャケット、１５２４…熱交換器、１６０２…環状の仕切つまり壁、１６１０…デュアルゾーンコントローラ、１６１８…ベーン、４４２０、４４４０…コイル、４８１０…特殊格子、４９１０…脱着可能チャンバライナー、４９２０…上側水平部、４９３０…チャンバ側壁を覆う垂直部、４９４０…環状面を覆う下側水平部、４９５０…モノリシックシリコンカーバイド片、４９６０…アルミニウムベース、４９７２、４９７４、４９７６…温度制御エレメント。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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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２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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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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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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