(57)【要約】  二重周波数カソードを有するプラズマ増強型半導体処理チャンバ用二重周波数整合回路が提供される。この整合回路は、共通出力部に結合された可変分流器を備えた２つの整合回路を含む。この整合回路は、動作中、処理チャンバ内のプラズマの負荷に対し、独立したＲＦ電源の負荷を釣り合わせる。
2007515761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一電極に結合された一対のＲＦ電源のインピーダンスを、半導体基板処理チャンバ内でプラズマのインピーダンスに整合させる為の装置であって：
第１のＲＦ電源により生成された第１のＲＦ信号のインピーダンスを前記プラズマのインピーダンスに整合させる為の第１の副回路と；
第２のＲＦ電源により生成された第２のＲＦ信号のインピーダンスを前記プラズマのインピーダンスに整合させる為の第２の副回路であって、前記電極に結合された共通の出力部を形成するように前記第１の副回路に結合される、前記第２の副回路と；
を備える、前記装置。
【請求項２】
前記第１の副回路及び前記第２の副回路の各々は；
少なくとも１つの固定された一連の直列構成要素と；
グランドに接続された少なくとも１つの可変分流器（shunt）の構成要素と；
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のＲＦ電源と前記第２のＲＦ電源の整合同調空間は、前記分流器の構成要素により制御可能である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のＲＦ電源と前記第２のＲＦ電源の整合同調空間（a match tune space）は、前記第１のＲＦ電源により生成された第１の信号と前記第２のＲＦ電源により生成された第２の信号のうち、少なくとも一つを変更することにより制御可能である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のＲＦ電源と前記第２のＲＦ電源は、各々が５０オームの出力インピーダンスを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の副回路と第２の副回路は、前記処理チャンバ内で特定処理が実行される前に、所定構成で固定されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のＲＦ電源と第２のＲＦ電源のインピーダンスは： 
前記処理チャンバの動作中、前記第１の副回路と第２の副回路の構成要素の少なくとも一つの値を変更すること；
前記第１のＲＦ電源と前記第２のＲＦ電源のうち、少なくとも一つの周波数を変更すること；
のうち、少なくとも一つにより処理中の前記処理チャンバのインピーダンスに整合可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のＲＦ電源または第２のＲＦ電源のいずれか一方から供給される電力が、前記第１のＲＦ電源及び第２のＲＦ電源の他方に結合されることを妨げるため為の絶縁用副回路を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
単一電極に結合された一対のＲＦ電源のインピーダンスを、半導体基板処理チャンバ内でプラズマのインピーダンスに整合させる為の装置であって：
第１のＲＦ電源に結合し、グランドに対する第１の可変分流器と、第１の一連の固定された直列構成要素とを有する第１の副回路と；
第２のＲＦ電源に結合し、グランドに対する第２の可変分流器と第２の一連の固定された直列構成要素とを有する第２の副回路であって、前記電極に結合された共通の出力部を形成するように前記第１の副回路に接続される、前記第２の副回路と；
を備える、前記装置。
【請求項１０】
単一電極に結合された一対のＲＦ電源のインピーダンスを、半導体基板処理チャンバ内でプラズマのインピーダンスに整合させる為の装置であって：
少なくとも一つの第１電極を備える処理チャンバと；
第１のＲＦ電源と；
第２のＲＦ電源と；
二重周波数整合回路であって、
前記第１のＲＦ電源に結合された第１の副回路、
前記第２のＲＦ電源に結合され、前記第１電極に結合された共通の出力部を形成するように前記第１の副回路に接続された第２の副回路、
を備える、前記二重周波数整合回路と；
を備える前記装置。
【請求項１１】
前記第１の副回路および第２の副回路は、各々が：
少なくとも一つの、一連の直列構成要素と；
グランドに接続された、少なくとも一つの可変分流器の構成要素と；
を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のＲＦ電源と第２のＲＦ電源の整合同調空間は、前記分流器の構成要素により制御可能である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のＲＦ電源と第２のＲＦ電源の整合同調空間は、前記第１のＲＦ電源により生成された信号の第１周波数と、前記第２のＲＦ電源により生成された信号の第２周波数のうち、少なくとも一つを変更することにより制御可能である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の副回路と第２の副回路は、前記処理チャンバ内で特定処理が実行される前に、所定の構成で固定される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のＲＦ電源と第２のＲＦ電源のインピーダンスは：
前記処理チャンバの動作中、前記第１の副回路と第２の副回路の構成要素の少なくとも一つの値を変更すること；
前記第１のＲＦ電源と前記第２のＲＦ電源のうち、少なくとも一つの周波数を変更すること；
のうち、少なくとも一つにより処理中の前記処理チャンバのインピーダンスに整合される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のＲＦ電源または第２のＲＦ電源のいずれか一方から供給される電力が、前記第１のＲＦ電源及び第２のＲＦ電源の他方に結合されることを妨げるため為の絶縁用副回路を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明は、一般に半導体処理システムに関し、特に、プラズマのインピーダンスに、単一電極に結合された複数のＲＦ源のインピーダンスを整合させることに関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]プラズマ増強型半導体処理チャンバは、広く、集積装置の製造に使用されている。
大部分のプラズマ増強型半導体チャンバにおいて、複数の高周波（ＲＦ）発生装置が、プラズマを形成して制御する為に利用されている。一部のプラズマ増強型処理チャンバは、複数の源からのＲＦ電源を、プラズマに電力を結合する単一電極に給電する。しかし、これらの実施形態において、各々のＲＦ源は、一般に、別個の給電構造体（例えば、別個のＲＦ発生装置、整合出力、電極に対する同軸ケーブルなど）を必要とする。
【０００３】
[0003]そのため、複数のＲＦ源からのＲＦ電源を電極に結合する為に単一の給電構造体を利用する半導体基板処理の為の改善された装置が必要である。
【０００４】
[0004]上記列挙された本発明の特徴、利点、目的が達成され、詳細に理解される方式、手短に要約された本発明の具体的な説明は、添付図面に例示された本発明の実施形態を参照する。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態だけを例示しているので、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は他の有効な実施形態を等しく許容するものである。
【０００５】
[0011]理解を容易にするため、可能である限り、図に共通する同一要素を示す為に同一の符号が使用されている。
【詳細な説明】
【０００６】
[0012]本発明は、一般に、プラズマ増強型処理チャンバ内の半導体基板処理に関する。
より具体的に、本発明は、プラズマ増強型半導体処理チャンバ内の電極に単一給電を介して２つのＲＦ源を結合する為の二重周波数、可変分流器型整合回路である。
【０００７】
[0013]図１は、二重周波数、可変分流器型整合回路を持つプラズマ増強型半導体処理チャンバの簡略化されたブロック図を示す。本発明に従うプラズマ増強型処理チャンバ１００は、チャンバ１０２，２つのＲＦ電源１０４，１０６，二重周波数整合回路１０８を含む。
チャンバ１０２は、電力が供給された電極１１０、接地された電極１１２を含む。二重周波数型整合回路１０８からの単一給電ライン１１４は、電気的に電源１０４，１０６を電力供給電極１１０に結合する。チャンバ１０２は、さもなければ、従来のプラズマ増強型処理チャンバに類似する。
【０００８】
[0014]ＲＦ電源１０４，１０６は、独立した周波数同調型ＲＦ発生装置である。ＲＦ電源１０４，１０６は、どのような望ましい周波数でも、プラズマの特性を制御する為に、ＲＦ電源をチャンバ１０２に供給するように構成可能である。両方の周波数は、同一のプラズマ特性を制御する為、或いは代替え的に、異なるプラズマ特性を制御する為に選定可能である。たとえば、一実施形態において、ＲＦ電源１０４，１０６の一方は、プラズマを励起し、プラズマ内のイオンを分離する為に高周波電力を供給することができ、ＲＦ電源１０４，１０６の他方は、プラズマシース電圧を調整する為に低周波電力を提供することができる。たとえば、一実施形態において、電源１０４は、一般に、最大５０００Ｗの連続電力あるいはパルス電力で、約１２．８ＭＨｚから約１４．３ＭＨｚの範囲内で周波数を発生させることができる。電源１０６は、一般に、最大５０００Ｗの連続電力あるいはパルス電力で、約１．８ＭＨｚから約２．２ＭＨｚの範囲内で周波数を発生させることができる。他の周波数が使用可能であることが意図されている。
【０００９】
[0015]二重周波数整合回路１０８は、一般に、直列要素が固定され（可変ではなく）、分流器の要素が可変インピーダンスをグランドに供給する２つの整合副回路を含む。整合回路１０８は、２つの入力部を含み、これらは、２つの別個の周波数で、独立した周波数同調ＲＦ電源１０４，１０６に結合され、処理チャンバ１０２に共通のＲＦ出力部を供給する。整合回路１０８は、チャンバ１０２のインピーダンスに、電源１０４，１０６のインピーダンス（通常、約５０Ｑ）を整合させるように作動する。一実施形態において、２つの整合副回路は、Ｌ型回路であるが、他の共通した整合回路構成（例えばπ型やＴ型）は、使用可能である。
【００１０】
[0016]図２は、二重Ｌ形整合トポグラフィを持つ二重周波数整合回路１０８の一実施形態の代表的な回路図である。整合回路１０８は、一般に、低周波数（第１）同調副回路２０２、高周波数（第２）同調副回路２０４、発生装置絶縁用副回路２０６を含む。第１の副回路２０２は、可変コンデンサＣ１，誘導子Ｌ１、コンデンサＣ２を備える。可変コンデンサＣ１は、入力端子２１０Ａ，２１０Ｂを横切って２ＭＨｚ電源から分流され、誘導子Ｌ１とコンデンサＣ２は、入力端子２１０Ａから共通出力端子２１２まで直列に接続されている。一実施形態において、可変コンデンサＣ１は通常、約３００ｐＦから約１５００ｐＦまで可変であり、Ｌ１は約３０μＨ、Ｃ２は約３００ｐＦである。
【００１１】
[0017]発生装置絶縁用副回路２０６は、３つの誘導子Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５と３つのコンデンサＣ５，Ｃ６，Ｃ７を有するラダートポロジーを備える。この副回路は、２ＭＨｚ信号が１３ＭＨｚ電源に結合することを妨げる為に同調される。誘導子Ｌ５は、入力端子２１４Ａ，２１４Ｂを横切って結合されている。コンデンサＣ７，Ｃ６，Ｃ５は、入力端子２１４Ａから入力端子２１６Ａまで直列で、１３ＭＨｚ同調回路２０４に結合されている。誘導子Ｌ４，Ｌ３は、それぞれ、Ｃ７とＣ６の接合部から、更に、コンデンサＣ６とＣ５の接合部から平行に結合されている。一実施形態において、誘導子Ｌ４，Ｌ５は約２μＨ，誘導子Ｌ３は約１μＨである。コンデンサＣ６，Ｃ７は、約４００ｐＦであり、コンデンサＣ５は、約８００ｐＦである。
【００１２】
[0018]第２副回路２０４は、コンデンサＣ３，誘導子Ｌ２，可変コンデンサＣ４を備える。可変コンデンサＣ４は、入力端子２１６Ａ，２１６Ｂを横切って発生装置絶縁用副回路２０６から分流され、誘導子Ｌ２とコンデンサＣ３は、入力端子２１６Ａ，２１６Ｂから共通出力端子２１２まで直列に接続されている。一実施形態において、可変コンデンサＣ４は、名目上、約４００ｐＦから約１２００ｐＦまで可変であり、誘導子Ｌ２は約６７ｐＦである。
【００１３】
[0019]通常、インピーダンス整合の為に、従来の技術の電流状態において直列要素と分流要素が変更されるか、或いは、その要素が固定され電源周波数が変更されて電源と負荷（例えば、プラズマ）との間のインピーダンス整合を達成する。直列要素と分流器の要素が変更される場合、電源周波数の一つに整合する為に応答可能な要素は、他の電源周波数に整合する為に応答可能な要素により見られる負荷インピーダンスに影響を与えることができる。たとえば、図３Ａと図３Ｂは、他の周波数整合素子が変更されるとき、２ＭＨｚと１３ＭＨｚの為の同調空間がどのようにシフトするかを示す。図３Ａにおいて、分流器の構成要素（例えば、図２のコンデンサＣ１，Ｃ４）は、（上書きされている線３０２，３０４，３０６，３０８により示されるように）他の周波数同調空間に対し、ほとんど影響を持たないか全く影響がない。しかし、一つの周波数電源（例えば、図２の誘導子Ｌ１及びコンデンサＣ２または誘導子Ｌ２及びコンデンサＣ３）に対応する直列構成要素が変更されるとき、他の周波数に対する同調空間はシフトする。図３Ｂは、１３ＭＨｚにおいて、直列構成要素を変更する影響を示す。１３ＭＨｚの直列構成要素が変更されるとき、２ＭＨｚの同調空間がシフトする。これは、もはや重複しないライン３０６からライン３０８におけるシフトにより示される。
【００１４】
[0020]しかし、図１，図２を参照して検討された本発明の設計は、他の周波数の同調空間に対する望ましくない副作用を有することなく、分流器の構成要素の同調により変更可能な整合同調空間が生じる。従って、相補型周波数同調空間は、影響されないままであり、広いインピーダンス範囲で、ゼロの反映された（a zero reflected）電力同調空間が達成可能である。
【００１５】
[0021]例えば、図４は、図２の整合回路１０８を使用して見られる同調空間のプロットを示す。構成要素の値がプロセス実行（run）前に設定され、これらの値が全体の実行に対し固定されるか、或いは、回路１０８が、周波数／分流器の自動同調整合構成に組み込まれる場合、発生装置の周波数が、整合回路の方位（azimuthal）同調方向が達成するように同調され、可変分流器（コンデンサＣ２，Ｃ４）が放射状同調方向を設定する場合、この構成が達成される。
これら２つの同調メカニズム（周波数型同調および分流器型同調）は、同調空間内の特定方向で作動し、独立して、自動同調アルゴリズムに対する適切な時間応答が与えられた最適状態に同調可能である。このように、この形式の同調は、非可変同調可能な状態を生じさせる可能性がある２つのシステム間で不安定なフィードバックを防止する。
【００１６】
[0022]本発明から利する為に適用可能なプラズマ増強型半導体処理チャンバの実施例は、以下に限定されないが、ｅＭａｘ，ＭＸＰ（登録商標）、ＥＮＡＢＬＥＲ（商標）処理チャンバを含み、これらは、全て、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ズ社から入手可能である。ｅＭａｘ（商標）処理チャンバは、Shan 氏らに対し２０００年９月５日に発行された米国特許第６，１１３，７３１号に記載されている。ＭＸＰ（登録商標）処理チャンバは、Qian氏らに１６６９年７月９日に発行された米国特許第５，５３４，１０８号に記載され、Pu氏らに１９９７年１０月７日に発行された米国特許第５，６７４，３２１号に記載されている。ＥＮＡＢＬＥＲ（商標）処理チャンバは、Hoffman氏らに２００３年３月４日に発行された米国特許第６，５２８，７５１号に記載されている。
【００１７】
[0023]図５は、本発明の使用に適した容量結合プラズマ増強型処理チャンバ５００の一部断面の概略図である。一実施形態において、処理チャンバ５００は、接地されたチャンバ本体５０２，そのチャンバ本体５０２の外部近傍に配置された少なくとも一つのコイルセグメント５１８を含む。プロセスチャンバ５００は、また、チャンバ本体５０２内部に配置され、ガス入口５３２から離れて配置されたウエハ支持ペデスタル５１６を含む。ウエハ支持ペデスタル５１６は、カソード５２７と、ガス入口５３２の下で基板５１４を保持する静電チャック５２６を備える。
【００１８】
[0024]静電チャック５２６は、直流電源５２０により駆動され、基板をチャック面で保持する為の静電力を発揮する。カソード５２７は、一対のＲＦバイアス源１０４，１０６に、二重周波数可変分流器型整合回路１０８を介して結合されている。バイアス源１０４，１０６は、一般に、ＲＦ信号を発生させることができ、ＲＦ信号は、約５０ｋＨｚから約１４．２ＭＨｚまでの周波数、０から約５０００ワット間の電力を有する。二重周波数、可変分流器型整合回路１０８は、電源１０４，１０６のインピーダンスをプラズマインピーダンスに整合させる。単一の給電部（feed）１１４は、両方の電源からのエネルギを支持ペデスタル５１６に結合させる。
【００１９】
[0025]ガス入口５３２は、一以上のノズル又はシャワーヘッドを備えてもよい。ガス入口５３２は、点火されるとき、プラズマ５１０を形成する様々なガスがチャンバ本体５０２に供給可能であるように複数のガス分配領域を備えてもよい。ガス入口５３２は、支持ペデスタル５１６に対向する上部電極５２８を形成可能である。
【００２０】
[0026]動作中、基板５１４は、処理チャンバ５００内に配置され、静電チャック５２６により支持ペデスタル５１６に保持される。処理ガスは、ガス入口５３２を通ってガス源５０８によりチャンバ本体５０２内に導入される。真空ポンプ（図示せず）は、通常、約１０ミリトールから約２０トール間の動作圧力で、チャンバ本体５０２内部で圧力を維持する。
【００２１】
[0027]ＲＦ源１０４は、約５０００ワットのＲＦ電圧を１３．５６ＭＨｚでカソード５２７に二重周波数、可変分流器型整合回路１０８を介して供給するので、チャンバ本体５０２内部のガスを励起し、プラズマ５１０を形成する。ＲＦ源１０６は、約５０００ワットのＲＦ電圧を約２ＭＨｚの周波数でカソード５２７に二重周波数可変分流器型整合回路１０８を介して供給する。ＲＦ源１０６は、基板にセルフバイアスを与え、かつプラズマシースを変調するバイアス電力を供給する。特定終点の検出または期間の後、プラズマは消失する。
【００２２】
[0028]前述したことは、本発明の実施形態を例示することを目的とするが、他の更なる本発明の実施形態は、本発明の基本的範囲から逸脱することなく案出することができ、その範囲は、添付された請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】[0005]図１は、本発明のＲＦ構造のブロック図を示す。
【図２】[0006]図２は、本発明の整合回路の一実施形態の概略図である。
【図３Ａ】[0007]図３Ａは、相補型周波数素子の分流器の変更による同調空間のシフト（tune space shifting）を示すグラフである。
【図３Ｂ】[0008]図３Ｂは、3Bは、相補型周波数素子の直列構成要素の変動による同調空間のシフトを表わすグラフである。
【図４】図４は、本発明の可変分流器型整合回路の同調空間のグラフである。
【図５】[0010]図５は、二重周波数整合回路の一実施形態を持つプラズマ増強型処理チャンバの例示的な概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００…プラズマ増強型処理チャンバ、１０２…チャンバ、１０４…ＲＦ電源、１０６…ＲＦ電源、１０８…二重周波数型整合回路、１１０…電力供給電極、１１２…電極、１１４…単一給電ライン、２０２…低周波数（第１）同調副回路、２０４…高周波数（第２）同調副回路、２０６…発生装置絶縁用副回路、３０２、３０４、３０６、３０８…上書きされている線、５００…容量結合プラズマ増強型処理チャンバ、５０２…チャンバ本体、５０８…ガス源、５１０…プラズマ、５１４…基板、５１６…ウエハ支持ペデスタル、５１８…コイルセグメント、５２６…静電チャック、５２７…カソード、５２８…上部電極、５３２…ガス入口
【図１】
2007515761.tif 000003
【図２】
2007515761.tif 000004
【図３Ａ】
2007515761.tif 000005
【図３Ｂ】
2007515761.tif 000006
【図４】
2007515761.tif 000007
【図５】
2007515761.tif 000008
【国際調査報告】
2007515761.tif 000009
2007515761.tif 000010
2007515761.tif 000011