(57)【要約】  本発明による誘導結合プラズマ源は、半導体ウェハのコーティングやエッチングを行い得るよう、真空チャンバ（３２）内に高密度プラズマを生成するための周縁電離源（３９）を具備している。ＩＣＰ源は、複数の高放射セグメントと複数の低放射セグメントとを有してなるセグメント化構成を具備しており、チャンバの周囲まわりにおいて、プラズマに、リング形状アレイをなすエネルギー分布を付与する。エネルギーは、セグメント化された低インダクタンスアンテナ（４０）から、誘電性ウィンドウ（２５）またはウィンドウアレイ（２５ａ）を介して、さらに、セグメント化されたシールドまたはバッフル（５０）を介して、結合される。アンテナ（４０）は、稠密化して配置された複数の導体セグメント（４５）と、交互的に配置されかつ疎化して配置された複数の導体セグメント（４６）と、を備えている。
2007525798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを処理し得るよう真空チャンバ内に高密度誘導結合プラズマを生成するためのＩＣＰ源であって、
真空側の面と大気雰囲気側の面とを有している少なくとも１つの誘電性材料部分を備えて形成された誘電性チャンバ壁と；
周縁電離源であるとともに、前記誘電性チャンバ壁の前記大気雰囲気側に配置されたＲＦアンテナと、前記誘電性チャンバ壁の前記真空側に配置された保護シールドと、を備えてなり、前記シールドが、このシールドを貫通して延在するスロットを有し、かつ、前記誘電性チャンバ壁の前記真空側に対しての材料成膜を禁止する機能と、前記アンテナから前記シールドを介しての前記チャンバ内へのＲＦエネルギーの誘導結合を容易なものとする機能と、を有しているような、周縁電離源と；
を具備し、
前記周縁電離源が、前記誘電性チャンバ壁を介して前記チャンバ内へとパワーを結合させた際に高パワー部分と低パワー部分とが互いに交互に位置した環状分布が得られるよう、セグメント化された構成を備え、
このセグメント化構成が、リング形状の中において互いに交互に配置された高放射部分と低放射部分とを備えていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項２】
請求項１記載のＩＣＰ源において、
前記シールドが、前記誘電性チャンバ壁を介して前記チャンバ内へとパワーを結合させた際に高パワー部分と低パワー部分とが互いに交互に位置した環状分布が得られるよう、セグメント化された構成を備え、
このセグメント化構成が、リング形状の中において互いに交互に配置された高透過部分と低透過部分とを備え、
前記周縁電離源の前記高放射部分が、前記シールドの前記高透過部分を備え、
前記周縁電離源の前記低放射部分が、前記シールドの前記低透過部分を備えていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項３】
請求項２記載のＩＣＰ源において、
前記シールドの前記高透過部分が、前記シールドを貫通して延在する複数のスロットを有し、
前記シールドの前記低透過部分が、中実とされた電気導体部分とされていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項４】
請求項３記載のＩＣＰ源において、
前記シールドが、フラットなものかつ円形のものとされ、
前記シールドの前記高透過部分が、前記シールドを貫通して径方向に延在する複数のスロットを有していることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項５】
請求項４記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナが、セグメント化された構成を備えているとともに、
前記誘電性チャンバ壁に対して平行とされ、さらに、前記スロットに対して垂直とされ、さらに、前記シールドの前記高透過部分と位置合わせされた、空間的に稠密化された複数の導体セグメントと、
前記シールドの前記低透過部分と位置合わせされた、空間的に疎化された複数の導体セグメントと、
を備え、
前記周縁電離源の前記高放射部分が、前記空間的に稠密化された複数の導体セグメントを備え、
前記周縁電離源の前記低放射部分が、前記シールドの前記低透過部分を備えていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項６】
ｉＰＶＤ装置であって、
請求項４に記載されたＩＣＰ源を具備していることを特徴とするｉＰＶＤ装置。
【請求項７】
請求項３記載のＩＣＰ源において、
前記シールドが、全体的に円筒形状とされ、
前記シールドの前記高透過部分が、前記シールドを貫通して軸線方向に延在する複数のスロットを有していることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項８】
請求項７記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナが、セグメント化された構成を備えているとともに、
前記誘電性チャンバ壁に対して平行とされ、さらに、前記スロットに対して垂直とされ、さらに、前記シールドの前記高透過部分と位置合わせされた、空間的に稠密化された複数の導体セグメントと、
前記シールドの前記低透過部分と位置合わせされた、空間的に疎化された複数の導体セグメントと、
を備えていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項９】
請求項８記載のＩＣＰ源において、
前記空間的に疎化された複数の導体セグメントのうちの少なくともいくつかが、プラズマ点火を行い得るよう、前記シールドの周囲において前記チャンバ内へと容量的にエネルギーを結合させ得るように配置されていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１０】
プラズマエッチング装置であって、
請求項８に記載されたＩＣＰ源を具備していることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
請求項１記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナが、前記誘電性チャンバ壁を介して前記チャンバ内へとパワーを結合させた際に高パワー部分と低パワー部分とが互いに交互に位置した環状分布が得られるよう、少なくとも１つの導体から形成されたセグメント化された構成を備え、
このセグメント化構成が、リング形状の中において互いに交互に配置された高効率部分と低効率部分とを備え、
前記周縁電離源の前記高放射部分が、前記アンテナの前記高効率部分を備え、
前記周縁電離源の前記低放射部分が、前記アンテナの前記低効率部分を備えていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１２】
請求項１１記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナの前記高効率部分が、前記誘電性チャンバ壁の近傍に位置した稠密化アンテナ電流経路を提供し、
前記アンテナの前記低効率部分が、疎化アンテナ電流経路を提供することを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１３】
請求項１１記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナの前記高効率部分が、前記誘電性チャンバ壁の近傍に位置した小さな横断面積の導体から形成され、
前記アンテナの前記低効率部分が、比較的大きな横断面積の導体から形成されていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１４】
請求項１１記載のＩＣＰ源において、
前記アンテナの前記高効率部分が、稠密化された複数の導体セグメントから形成され、
前記アンテナの前記低効率部分が、前記稠密化された複数の導体セグメントと比較して実質的により大きく離間させて疎化された複数の導体セグメントから形成されていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１５】
請求項１１記載のＩＣＰ源において、
前記シールドが、前記誘電性チャンバ壁を介して前記チャンバ内へとパワーを結合させた際に高パワー部分と低パワー部分とが互いに交互に位置した環状分布が得られるよう、セグメント化された構成を備え、
このセグメント化構成が、リング形状の中において互いに交互に配置された高透過部分と低透過部分とを備え、
前記周縁電離源の前記高放射部分が、前記シールドの前記高透過部分を備え、
前記周縁電離源の前記低放射部分が、前記シールドの前記低透過部分を備え、
前記アンテナの前記高効率部分が、前記シールドの前記高透過部分と位置合わせされ、
前記アンテナの前記低効率部分が、前記シールドの前記低透過部分と位置合わせされていることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１６】
請求項１５記載のＩＣＰ源において、
前記誘電性チャンバ壁が、誘電性材料からなる複数の個別部材を備え、
これら複数の個別部材の少なくとも１つが、前記周縁電離源の前記高放射部分のためのものであり、
前記複数の個別部材の他の少なくとも１つが、前記アンテナの前記高効率部分どうしの間およびこれと位置合わせされた前記シールドの前記高透過部分どうしの間のためのものであることを特徴とするＩＣＰ源。
【請求項１７】
半導体ウェハ処理装置であって、
請求項１に記載されたＩＣＰ源を具備していることを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
【請求項１８】
半導体ウェハを処理し得るよう真空チャンバ内においてエネルギーを誘導結合させて高密度プラズマを生成するためのアンテナであって、
少なくとも１つの導体から形成されたセグメント化された構成を備え、
このセグメント化構成が、リング形状の中において互いに交互に配置された高効率部分と低効率部分とを備え、
前記高効率部分が、隣接したところに比較的大きな磁界を形成し得るよう、稠密に配置された複数の電流付帯セグメントを備え、
前記低効率部分が、隣接したところに比較的小さな磁界を形成し得るよう、疎に配置された複数の電流付帯セグメントを備えていることを特徴とするアンテナ。
【請求項１９】
請求項１８記載のアンテナにおいて、
前記アンテナの前記高効率部分が、小さな横断面積の導体から形成され、
前記アンテナの前記低効率部分が、大きな横断面積の導体から形成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２０】
請求項１８記載のアンテナにおいて、
前記アンテナの前記高効率部分が、稠密化された複数の導体セグメントから形成され、
前記アンテナの前記低効率部分が、前記稠密化された複数の導体セグメントと比較して実質的により大きく離間させて疎化された複数の導体セグメントから形成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２１】
半導体ウェハを処理し得るよう真空チャンバ内に高密度誘導結合プラズマを生成するための方法であって、
誘電性チャンバ壁の大気雰囲気側に配置され、かつ、複数の高効率部分と複数の低効率部分とが互いに交互配置されてなるセグメント化構成を備えている、ＲＦアンテナを準備し；
前記誘電性チャンバ壁の真空側に配置された保護シールドを準備し、この場合、前記誘電性チャンバ壁の前記真空側に対しての材料成膜を禁止し得るようなおかつ前記アンテナから前記チャンバ内へのＲＦエネルギーの誘導結合を容易なものとし得るよう、前記アンテナの前記高効率部分に対して位置合わせされたところにおいて、前記保護シールドに、スロット付き高透過部分を形成し；
前記アンテナの前記高効率部分から前記誘電性チャンバ壁を介して前記チャンバ内へとパワーを結合させ、これにより、高パワー部分と低パワー部分とが互いに交互に位置した環状プラズマ分布を生成する；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体ウェハの製造に関連したような、高密度プラズマを生成するための装置やシステムやプロセスに関するものである。特に、本発明は、そのようなシステムおよびプロセスのために、高密度誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成するためのアンテナおよびシールド構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスプラズマ生成は、例えばプラズマエッチングやプラズマ増強化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）やプラズマスパッタ成膜応用も含めたような、様々な集積回路（ＩＣ）製造プロセスにおいて、幅広く使用されている。一般に、プラズマは、真空圧力とされたチャンバ内へとプロセスガスを導入しその次にチャンバ内において電気エネルギーを結合させることによりプロセスガス中にプラズマを生成して維持することによって、プロセスチャンバ内において生成される。プラズマは、１０−６という電離度のプラズマから完全にイオン化されたプラズマまでといったように、様々な電離度でもって存在することができる。
【０００３】
プラズマは、一般に、動作ガスからなる正に帯電したイオンを含有している。これら正イオンを使用することにより、基板表面をエッチングしたり、ターゲットから材料をスパッタリングして基板上へと材料層を成膜したり、することができる。また、プラズマ内における蒸発したコーティング材料イオンを使用することにより、イオン化物理的気相蒸着法（ｉＰＶＤ）によって、基板上への材料の成膜を制御することができる。プラズマは、典型的には、プラズマ内に、正に帯電したものと同じ数だけの電子を含有している。これにより、プラズマは、マクロ的には、準中性を維持している。
【０００４】
プロセスチャンバ内におけるプラズマ生成に際しては、様々な方法が使用される。チャンバ内において互いに対向した態様で対向電極を配置することができ、これにより、プラズマに対してエネルギーを容量的に結合させることができる。また、マイクロ波エネルギーを使用したり、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置を使用したり、することができる。プラズマに対してのエネルギーの誘導結合は、高密度プラズマを生成するに際して、とりわけ、比較的小さな電子エネルギーでもってあるいは比較的小さなプラズマ電位でもって大きな電離度を有したプラズマを生成するに際して、特に望ましい。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）においては、複数の場合、コイルまたはアンテナを使用する。コイルまたはアンテナは、所定形状のものとされて処理チャンバに対して配置され、処理チャンバ内へとエネルギーを誘導的に結合させ、これにより、処理チャンバ内にプラズマを生成して維持する。
【０００５】
いくつかのＩＣＰシステムにおいては、誘導コイルまたはアンテナが、チャンバの頂部の周辺にあるいはチャンバの頂部の近傍にあるいはチャンバの他端に周辺にあるいはチャンバの他端の近傍に配置され、これにより、チャンバ内にプラズマを生成する。そのようなアンテナは、処理チャンバの壁の誘電性プレートまたはウィンドウの一方の側面上に配置され、これにより、アンテナからの電磁エネルギーが、誘電性ウィンドウを介して、プラズマ内へと結合される。ウィンドウまたはチャンバ側壁として好適な誘電性材料の一例は、石英である。
【０００６】
ＩＣＰシステムの幾何形状は、プラズマ密度とプラズマの一様性との双方を決定する要因である。プラズマ密度およびプラズマの一様性は、基板領域上における処理の一様性に影響を与え得る。複数の場合、かなり大きな面積にわたって一様な高密度プラズマを生成することが望ましい。それにより、大きなサイズの基板を処理することができる。例えば、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路は、現在では、２００ｍｍや３００ｍｍといったような直径を有したウェハ基板上に形成される。
【０００７】
従来技術におけるスパッタリングコーティングシステムにおいては、スパッタリングターゲットの幾何形状が、ウェハ上のコーティングの一様性に影響することが認識されている。例えば、特許文献１においては、環状リングからターゲットの外周縁に向けて供給される材料を増加することによって、ウェハ上におけるコーティングの一様性が改良され、また、ステップカバレージが改良されることが、決定された。特許文献１においては、スパッタリングされた材料がターゲットからウェハに向けて一直線状に飛行するような圧力範囲におけるプロセスについて議論している。
【０００８】
イオン化物理的気相蒸着システム（ｉＰＶＤ）が開発された際に、例えば特許文献２のように、リング形状のターゲットが有利であることが、見出された。ターゲットの中心に配置されたＲＦ電源は、チャンバ内において二次的プラズマを形成するようにして、エネルギーを結合させる。二次的プラズマは、ターゲットからスパッタリングされた材料を、イオン化する。イオン化されたコーティング材料は、ウェハ上における特徴物のコーティングに際し、そのような特徴物を、より小さなものとすることを補助する。さらに、例えば特許文献３におけるように、チャンバ内においてより大きな圧力を使用することが有利であることが見出された。そのようなより大きな圧力は、チャンバ内におけるスパッタリング材料を加熱する傾向があり、これにより、コーティングの一様性に関し、ターゲット形状の影響を覆い隠す。
【０００９】
エッチングシステムおよびエッチングプロセスにおいては、圧力は、通常、上述した高圧ｉＰＶＤシステムほども大きくはないけれども、ターゲットの幾何形状が無関係であることのために、ＩＣＰを使用するエッチングシステムは、コーティング一様性を提供するに際して、プラズマ形状に依存しなければならない。コーティングやエッチングやプラズマクリーニングや他のプラズマ処理を行うシステムにおいては、なおも、ウェハ処理に際しての一様性を改良することが要望されている。
【００１０】
最も一般的な誘導結合源は、平面形状や円筒形状やあるいはドーム形状といったような幾何形状を有したコイルの形態とされたアンテナを備えている。他のコイル構造には、より複雑な形状があり、組合せ型の（ハイブリッド型の）あるいは２重型のコイル構成や、複数の小さなソレノイドや、複数の螺旋や、複数領域ＩＣＰ増強ＰＶＤや、トロイダル形状や、伝送ラインや、埋込コイルや、平面ヘリコン（蛇行した）アンテナや、平行導体アンテナ、を有している。３次元コイルや、成膜バッフルや、ファラデーシールド、といったものの使用は、本出願人による特許文献４〜７において提案されている。
【００１１】
３００ｍｍウェハ用の半導体製造ツールに関する需要が高まっている。このようなツールは、典型的には、直径が４５０ｍｍ以上といったような、大型の処理チャンバを必要とする。そのようなチャンバの拡大化に際しては、バルクプラズマに対するチャンバ壁の影響を低減することによって処理領域内におけるプラズマ損失を低減することが必要とされるとともに、ますます必要とされるようになってきている例えばシールドやランプや診断デバイスや観測器具や制御器具といったようなハードウェアをチャンバ内部に収容することが必要とされる。そのようなチャンバにおいては、誘導部材もまた大型化され、３００ｍｍウェハの処理のためにチャンバ内へとエネルギーを誘導結合させるものとしては、円筒形状コイルまたはソレノイドコイルの場合には、直径が４００〜５００ｍｍとされ、螺旋形状アンテナの場合には、最大で３５０ｍｍとされる。
【００１２】
コイルサイズを増大させた場合には、プラズマ内へと効率的にＲＦエネルギーを透過させ得るよう、なおかつ、大気圧に耐え得るよう、より大きな誘電性ウィンドウが必要とされる。従来の誘導結合放電に関しての大面積プラズマのための外部アンテナの拡大化は、そのような困難さをもたらす。すなわち、エッチングまたは成膜に関する同一のプラズマ条件を提供するに際し、誘電性ウィンドウの厚さを厚くする必要があり、アンテナのインダクタンスを大きくする必要があり、パワーを増大させる必要がある。例えば、アンテナのインダクタンスは、ターン数の２乗に比例し、アンテナを通しての電圧降下は、ターン数とともに増大する。そのような大規模アンテナの端部における電圧は、１３．５６ＭＨｚという産業周波数における典型的なコイル電流において、容易に、約１０ｋＶへと到達することができる。そのような高電圧は、危険であるとともに、アンテナとプラズマとの間にわたっての大きな容量結合を引き起こし、スパークやアークの発生といったリスクを増大させる。
【００１３】
ウェハ上におけるエッチングの一様性は、ウェハに向けてのイオンフラックスによって与えられ、プラズマ密度分布によって決定される。典型的には、螺旋コイルを有したＩＣＰ源は、その中心のところにピークを有したプラズマ分布を生成する。より大きな直径を有したソレノイドの使用は、そのようなコイルのところに高電圧が誘起されることのために、制限される。誘導結合プラズマ源の幾何形状は、より詳細には、アンテナの幾何形状は、大面積にわたってのプラズマの一様性と処理の一様性との双方を決定するに際して、重要な要因である。ＩＣＰ源を使用した場合、プラズマは、アンテナによって生成されかつ誘電性ウィンドウを介して結合された誘導電磁界の振動によって、誘電性ウィンドウの真空サイドの近傍におけるプラズマ領域内の電子を加熱することにより、励起される。プラズマ電子を加熱する誘導電流は、アンテナ内のＲＦ電流によって生成されたＲＦ電磁界に由来する。磁界の空間的分布は、アンテナをなす導体の様々な部分によって生成された磁界の合計の関数である。誘導アンテナの幾何形状は、大きな部分においては、反応チャンバ内におけるプラズマイオン密度の空間的分布を決定することができる。
【００１４】
場合によっては、電磁界の誘導成分に対して透明なものとされたシールドを使用することにより、アンテナからプラズマへの容量結合を抑制することができ、誘電性ウィンドウ上への堆積に由来する導電性層または汚染層の形成を防止することができる。そのようなシールドの形状および構造は、チャンバ内部におけるプラズマの空間的分布に対しても、影響を与え得るものである。
【特許文献１】米国特許第４，９５７，６０５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０８０，２８７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８７，４３５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２３７，５２６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４７４，２５８号明細書
【特許文献６】米国特許出願シリアル番号第１０／０８０，４９６号明細書
【特許文献７】米国特許出願シリアル番号第１０／３３８，７７１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、特にエッチングプロセスや高圧コーティングプロセスも含めた応用において、半導体ウェハ上におけるプラズマ処理の一様性を改良することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、プラズマエッチングプロセスやプラズマ成膜プロセスやプラズマクリーニングプロセスも含めて、大面積基板のプラズマ処理に関して利用可能であるようなプラズマ源を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、インダクタンスの小さな誘導デバイスを提供することである。
【００１８】
発明の追加的な目的は、非常に効率的でありかつ単純化されたプラズマ源を提供することであり、チャンバのコストを低減することである。本発明の格別の目的は、ＩＣＰプラズマ処理設備の所有に関するコストを低減することであり、特に、製造およびメンテナンスが経済的でありかつ比較的容易であるようなＩＣＰ源を提供することである。
【００１９】
本発明の原理によれば、プラズマ生成のために周縁電離源が使用され、これにより、特に３００ｍｍウェハといったような大きなウェハといったような半導体ウェハのために、一様なプラズマ処理を行うことができる。さらに、本発明によれば、真空プラズマ処理チャンバ内へとエネルギーを結合させ得るよう、ＩＣＰ源に、コイルまたはアンテナという態様とされた低インダクタンス誘導放射部材が設けられる。
【００２０】
本発明の様々な実施形態においては、ＩＣＰ源は、局所的にパラメータが異なるものとされたセグメント化されたアンテナが設けられる。このようなセグメント化されたアンテナは、一般に、より小さなインピーダンスをもたらす。アンテナは、周縁における電離を増強し得るよう構成されている。典型的には、そのような電離は、全体的にリング形状のプラズマを生成し、これにより、チャンバ形状やプラズマ源の形状を補償し、これにより、ウェハの処理のためにウェハの表面のところにおいて一様な実効プラズマを生成することができる。リング形状のプラズマは、多くの実施形態において、チャンバの周縁まわりにおいて高パワー領域と低パワー領域とが交互配置されたなる環状アレイとされる。
【００２１】
本発明の様々な実施形態においては、半導体ウェハ処理のための成膜やエッチングのための装置には、複数の部分を備えるとともに２重の機能を実行し得るＩＣＰ源が設けられる。ＩＣＰ源のある部分には、隣接したアンテナ部分からのＲＦ磁界に対して高透過性のものとされたシールド部分が設けられる。これにより、プラズマ内へと最大のパワーが供給される。ＩＣＰ源のそのような部分は、チャンバの周縁領域においてリング形状で配置され、プラズマ内へとパワーを結合させるための最大のエネルギー変換効率モードで動作する。ＩＣＰ源の他の部分には、アンテナの隣接部分からのＲＦ磁界に対して不透過性であるようなシールド部分が設けられる。これにより、低効率で動作させて、隣接したハードウェアへと伝達するパワーの量を低減させることができる。ＩＣＰ源のこのような部分においては、アンテナは、不透明なシールド部分によってプラズマから保護される。これにより、誘電壁に対しては、プラズマからの汚染に対して、完全なシールドがもたらされる。
【００２２】
好ましい実施形態においては、そのような装置には、空間的に分散配置された複数の誘導コイルではなく、単一の誘導部材が設けられる。
【００２３】
本発明のある実施形態においては、誘電性ウィンドウのサイズおよび厚さを低減することができ、これにより、ＩＣＰ効率を増大させることができる。ＩＣＰ効率は、また、プラズマ内へと大きなＲＦパワーを供給する必要のない場所においては、局所的に低減させることができる。
【００２４】
本発明の特別の実施形態においては、アンテナには、電流を導通させる横断面積が様々に相違するような複数の部分が設けられる。場所によって相違するそのような様々な横断面積部分を準備することにより、ある部分においてアンテナ電流を集中させることができ、他の部分においては、アンテナ電流を分散させることができる。これにより、場所ごとにアンテナ効率を相違させることができ、アンテナ放射効率の大きな部分と小さな部分とを形成することができる。
【００２５】
ある実施形態においては、螺旋アンテナまたは環状３Ｄアンテナは、複数の角度部分を有した導体部材を備えている。いくつかの角度部分においては、複数の導体が空間に稠密化され、他の角度部分においては、複数の導体が空間的に疎化される。これにより、ＲＦエネルギーの放射効率または結合効率に関して、大きな部分と小さな部分とを形成することができる。多くの実施形態においては、互いに近接させてグループ化させた複数のチューブ状導体セグメントが、空間的に稠密なセグメントを形成し、一方、互いに離間して配置された複数の導体セグメントが、すなわち、大きな表面積のセグメントが、空間的に分散したセグメントを形成する。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、アンテナは、チャンバの中心まわりの様々な角度部分において様々な横断面積のセグメントを有した１つの連続的な導体を備えている。いくつかのそのような部分においては、導体は、大きな物理的な横断面積を有している。これにより、電流が流れる面積が増大し、弱い磁界しか放射されない。これに対し、小さな物理的な横断面積を有した部分においては、電流が流れる面積が小さいため、強い磁界を放射することができる。
【００２７】
横断面積が相違する複数の導体を備えた実施形態においては、また、単一の横断面積の導体を有した実施形態においては、高効率部分において大きな電流を流し、低効率部分において電流を分散させる。
【００２８】
アンテナと一緒に使用される成膜バッフルまたはシールドには、アンテナの低効率部分に一致させて電磁的に不透過性の部分を設けることができる。あるいは、セグメント化されたウィンドウを、チャンバ壁内に設けることができる。
【００２９】
複数の導体部分の直列接続は、様々なパターンで行うことができる。これにより、小さな導電性横断面積を有した複数の部分によって、大きな磁束チャネルを形成することができ、大きな導電性横断面積を有した複数の部分によって、小さな磁束チャネルを形成することができる。プラズマを効率的に生成して維持し得るよう、小さな導電性横断面積の部分は、真空と大気雰囲気とを隔離している誘電性ウィンドウに隣接させて配置することができる。
【００３０】
誘導結合の局所化は、プラズマ源の構成とプラズマ源の性能とに関して、価値のある利点をもたらす。小さな導電性横断面積部分からの誘導結合によってプラズマに対して効率的に結合されている部分は、所望に応じて、プラズマ処理の一様性を要求された場所や、局所的なプラズマの維持または局所的なプラズマの点火を要求された場所や、パワー分布を要求された場所、などに配置することができる。いくつかの領域内へと、ＲＦパワーを効率的に供給することができ、これと同時に、他の領域においては、パワー供給量を低減させたりあるいはゼロとしたりすることができる。誘導結合効率が供給に増大されていることにより、ＲＦ透過性の誘電性ウィンドウは、誘電性部材の全面にわたって延在する必要がない。ＲＦ透過性の誘電性ウィンドウは、効率的な結合を引き起こす必要のある場所だけに限って、延在させることができる。よって、より小さな誘電性ウィンドウを使用することができる。誘電性ウィンドウは、かなり薄いものとすることができる。なぜなら、単一の大きなサイズのウィンドウの場合と比較して、著しく小さな力に耐えるだけで良いからである。より薄い材料から、大きな誘電性ウィンドウを形成することさえ可能である。なぜなら、そのようなウィンドウを、誘導部材とプラズマとの間の誘導結合が非常に小さい場所において、シールドの剛直な構造によって支持し得るからである。セグメント化されたアンテナのインダクタンスの合計値は、セグメント化されていないコイルと比較して、より小さなものである。インダクタンスの値は、様々な部分の幾何形状や比率を適切に選択することにより、特別の値に調節することができる。
【００３１】
本発明のある実施形態における利点は、多数の既存のプラズマ処理システムにおける既存のＲＦ源ハードウェアに関し、そのサイズやパワーレベルを低減し得ることである、あるいは、ホルダ上に配置されたウェハを処理するためのプラズマを提供するのに十分であるようにして、基板ホルダ内に組み込まれているプラズマ源を単一のアンテナへと低減し得ることである。ウェハ上のプラズマ分布に直接的に影響するところにおいてウェハの近傍にプラズマを生成することにより、効率を向上させることができる。それは、ＲＦパワーを過度なサイズで供給しなくて済むからである。
【００３２】
本発明の一実施形態は、チャンバの誘電性壁あるいはウィンドウの寿命を、ウィンドウを回転させることによってあるいは堆積が発生する供給領域をシフトさせることによって、例えば２倍といったように、大幅に増大させ得るという利点を有している。例えばベルジャーのある部分だけしか、プラズマおよび汚染源に対して露出させておらず、シールドの汚れ具合は、場所によって相違している。
【００３３】
本発明においては、成膜シールドは、典型的には、オーミック損失を低減させる。アンテナは、信頼性を有したプラズマ点火を提供する。アンテナは、誘導結合を低減させていることに基づいて、パワーの損失をもたらすことなく、部分的に不透明な（あるいは、不透過性の）成膜シールドの使用を可能とする。プラズマ内へのＲＦパワー結合の増大化は、予め選択された場所で行われる。このような増大化は、誘導部材の構成に基づいて、選択的に行うことができる。例えば、成膜シールドの低透過領域と高透過領域との間のピッチまたは比率を最適化するといったようにして、選択的に行うことができる。強力なＲＦ磁界は、局所的に生成され、成膜シールド内の短いスロットを通して、プラズマ内へのパワー結合を増大させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の上記のおよび他の目的や利点は、以下の詳細な説明により、明瞭となるであろう。
【００３５】
本発明によるＩＣＰ源は、例えばスパッタエッチングプロセスや成膜プロセスやプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスやイオン化ＰＶＤ（ｉＰＶＤ）プロセスや反応性イオンエッチングプロセス（ＲＩＥ）といったような様々なプラズマ処理システムにおいて、使用することができる。図１は、半導体ウェハを製造するようなタイプのｉＰＶＤ装置１０を図示している。この装置に関連して、本発明のいくつかの実施形態について後述する。ｉＰＶＤタイプの半導体ウェハ処理機械の例は、特許文献２，３に開示されている。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。
【００３６】
ｉＰＶＤ装置１０は、チャンバ壁１１と、このチャンバ壁１１によって囲まれた真空処理チャンバ１２と、を備えている。チャンバ壁１１の頂部には、開口１３が形成されている。この開口１３のところには、イオン化スパッタリング材料源２０が、取り付けられている。イオン化スパッタリング材料源２０は、開口１３をシールしており、これにより、外部の大気雰囲気からチャンバ１２内の真空を隔離している。チャンバ１２内には、ウェハ支持体１４が設けられている。ウェハ支持体１４は、このウェハ支持体１４の両面のうちの、開口１３に対向していて処理が行われる方の面上に、半導体ウェハ１５を保持する。イオン化材料源２０は、マグネトロンカソードアセンブリ２１を備えている。このアセンブリ２１は、環状のターゲット２２を備えている。環状ターゲット２２は、コーティング材料源であって、典型的には、金属である。ただし、必ずしも金属に限定されるものではない。カソードアセンブリは、さらに、ターゲット２２に対して負のＤＣスパッタリング電位を印加するための電源（図示せず）と、ターゲット２２の背面側に配置された永久磁石アセンブリ２３と、を備えている。永久磁石アセンブリ２３は、ターゲット２２の表面上においてＤＣ電位によって励起された電子をトラップし、これにより、一次的プラズマを形成する。一次的プラズマは、チャンバ内のガスをイオン化させ、ターゲット２２からの材料をスパッタリングする。
【００３７】
イオン化材料源２０においては、ターゲット２２は環状であって、典型的には石英あるいはアルミナから形成された誘電性ウィンドウ２５を囲んでいる。ウィンドウ２５とターゲット２２とは、シールされている。ターゲット２２とウィンドウ２５とは、チャンバ壁１１と一緒に、チャンバ１２のための真空容器の一部を形成する。ＲＦのＩＣＰ源２４は、ウィンドウ２５のところに配置されており、チャンバ１２内へとＲＦエネルギーを結合させる。これにより、チャンバ１２内において、二次的高密度誘導結合プラズマを励起する。ＲＦのＩＣＰ源２４は、ウィンドウ２５の大気雰囲気側に配置されたアンテナまたはコイル２６と、チャンバ１２の内部においてウィンドウ２５をカバーする成膜バッフルまたはシールド２７と、を備えている。ＲＦ電源（図示せず）が、適切なマッチングネットワークを介して、アンテナ２６のリードに対して接続される。典型的には、ＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚという産業周波数で動作する。ｉＰＶＤにおいては、チャンバ１２内の圧力は、通常、１０ｍＴｏｒｒ〜１５０ｍＴｏｒｒという範囲である。
【００３８】
アンテナ２６およびシールド２７は、プラズマに電圧を印加してしまいかねないようなアンテナ２６からチャンバ１２内への容量結合を小さなものに維持しつつ、ウィンドウ２５およびシールドの２７を介してチャンバ１２内へとアンテナ２６からのＲＦエネルギーを最大効率でもって誘導結合させ得るように、構成されている。シールド２７は、さらに、堆積物がウィンドウ２５上に集積しないようウィンドウ２５を保護し得るように構成されている。なぜなら、コーティング材料が特に金属である場合には、ウィンドウ２５が、アンテナからの放射に対して不透明なものとなってしまって、プラズマ内へのエネルギー結合を妨害してしまうからである。アンテナと、付随するシールドと、に関する詳細は、特許文献４〜７に記載されている。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。
【００３９】
図１Ａは、本発明の原理を適用し得るような、エッチングモジュールを図示しており、特に、ＩＣＰスパッタクリーニングプロセスモジュール３０を図示している。モジュール３０は、石英製ベルジャーとして図示されているようなチャンバ壁３１と、このチャンバ壁３１内に封入された真空処理チャンバ３２と、を備えている。エッチングという目的からすれば、部分的に限定された誘電性ウィンドウを備えつつ金属壁チャンバから形成されているようなエッチングモジュールを使用することもできる。この場合でも、本発明による利点を享受することができる。そのようなモジュールは、例えば、米国特許出願シリアル番号第０９／８７５，３３９号明細書に記載されている。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。チャンバ３２の内部において、処理されるべきウェハ１５は、ＲＦバイアスされた基板ホルダ３３上に支持体される。ウェハは、基板ホルダに対して、機械的クランプや静電チャックや他のクランプ構造（図示せず）によって、保持することができる。ＲＦパワーは、典型的には、ＲＦ電源３４から、マッチングネットワーク３５を介して、さらに典型的にはキャパシタ３６を介して、基板ホルダ３３に対して、容量的に印加される。
【００４０】
ＲＦパワーが印加された際には、真空チャンバ３２内において、プラズマが生成される。真空チャンバ３２は、典型的には、例えばアルゴンといったような不活性ガスで充填され、通常、０．１〜１０ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。基板支持体３３は、通常は負にバイアスされる。これにより、正イオンを、ウェハ１５の表面からエッチング材料をスパッタリングし得るに十分なエネルギーでもって、基板１５に向けて加速させることができる。スパッタエッチングの速度は、エネルギーと、イオンフラックス密度と、に依存する。エネルギーは、プラズマと、基板ホルダ３３上の基板１５と、の間の電位差によって決定される。イオンフラックスは、バルクプラズマ密度によって決定される。基板１５の表面に向けてのイオンフラックスを増大させ得るよう、ＲＦエネルギーを、アンテナまたはコイル３８によってチャンバ３２内へと結合させることができる。これにより、チャンバ３２内に高密度ＩＣＰを形成することができる。
【００４１】
高密度誘導結合プラズマは、ウェハエッジと比較してウェハ１５の中心のところにおいてより大きな処理効果を生成した。本出願人は、米国特許第６，５３４，４９３号明細書において、リング形状プラズマを使用することによって一様性を改良することを提案した。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。その文献においては、プラズマを成形するための永久磁石の使用を、提案した。本発明においては、プラズマの形状は、局所的に効率的なＲＦのＩＣＰ源の使用によって、提供される。そのようなＩＣＰ源においては、例えば、真空処理チャンバ内においてプラズマエネルギーをリング形状でもって集中して生成することにより、一連をなすような局所的に効率的なプラズマを生成する。説明する実施形態においては、この局所的な結合効果は、局所的に効率的なアンテナ構造に関しての、また、局所的に透明なシールド構造に関しての、また、このようなアンテナ構造およびシールド構造の組合せに関しての、様々な実施形態によって達成される。成形されたプラズマは、ある種の実施形態においては、半導体ウェハに関してエッチングやコーティングを行うプロセスおよびシステムにおいて周縁電離源にそのような局所的に効率的な構造を提供することによって達成される。
【００４２】
図２は、本発明の原理を具現化した周縁電離源３９の一実施形態を図示している。周縁電離源３９は、セグメント化されたアンテナ４０を備えている。周縁電離源３９は、さらに、そして好ましくは、成膜バッフルすなわちシールド５０を備えている。バッフル５０は、ＩＣＰ処理機械内において、装置の真空チャンバ壁の誘電性部分すなわちウィンドウ２５の対向面と互いに位置合わせしつつ、設置することができる。アンテナ４０は、ウィンドウ２５の大気雰囲気圧力とされた外面のところに配置される。一方、バッフル５０は、ウィンドウ２５の内面側において、真空チャンバの内部に配置される。アンテナ４０は、導体４３からなる１つまたは複数の巻線から形成され、高効率の高インダクタンス部分４１と、交互配置された低効率の低インダクタンス部分４２と、を備えている。バッフル５０は、使用された時には、比較的透明な領域５１と、交互配置された比較的不透明な領域５２と、から形成される。処理装置内に設置される際には、アンテナ４０の高効率部分４１が、バッフル５０の透明部分５１に対して位置合わせされ、一方、アンテナ４０の低効率部分４２が、バッフル５０の不透明部分５２に対して位置合わせされる。
【００４３】
図２Ａは、図１に図示されかつ特許文献３に開示されたタイプのｉＰＶＤ装置で使用するための、特許文献５に開示されたタイプの３次元的コイル２６ａの一態様を示す平面図である。同じ特許文献に開示された成膜バッフルの一態様２７ａも、また、図示されている。介在するウィンドウ２５の図示は、省略されている。図２Ｂは、成膜バッフル２７ａの直下において、チャンバ１２内へとアンテナ２６ａから供給されたパワー密度２９を示すグラフである。パワー密度は、チャンバ１２の中心線に向かうほど、また、ウェハ１５の中心線に向かうほど、より大きくなる傾向がある。これは、従来技術の一例を示している。
【００４４】
本発明の一見地によれば、セグメント化された周縁電離源３９ａは、図２Ｃに示すように、セグメント化されたから成膜バッフル５０ａと螺旋コイル２６ｂとを組み合わせることによって、形成されている。バッフル５０ａは、６個の比較的ＲＦ透明な部分５１ａと、６個の比較的ＲＦ不透明な部分５２ａと、を備えており、これらは、チャンバおよびコイル２６ｂの中心線回りにおいて円形をなして互いに交互的に配置されている。その結果、プラズマ密度分布６０ａは、図２Ｄのグラフに示すように、コイル２６ｂから透明部分５１ａを介して形成された高密度プラズマからなる６個の局所領域６１を備えている。それら局所領域においては、結合が、局所的に効率的なものとされている。６個の領域６１ａどうしの間に位置した領域６２ａは、不透明部分５２ａに隣接したものであって、バッフル５０ａを通しての結合が非効率的なものとされている。
【００４５】
本発明の他の見地によれば、セグメント化されたアンテナ４０ａは、図２Ｅに示すように、図２に示す実施形態と同様の周縁電離源３９ｂを形成し得るよう、セグメント化されたバッフル５０ａを備えて構成されている。セグメント化されたアンテナ４０ａは、コイル２６ｂを有した実施形態３９ａと比較した場合、インピーダンスが低減されていることにより有利である。アンテナ４０ａは、電磁放射を効率的に行い得る６個の高インダクタンス部分４１ａと、電磁放射を効率的に行い得ない６個の低インダクタンス部分４２ａと、を備えており、これらは、チャンバ１２の中心線回りにおいて円形をなして互いに交互的に配置されている。セグメント化されたアンテナ４０ａは、例えばバッフル５０ａといったようなバッフルと組み合わせて使用することができる。その際、バッフル５０ａの透明部分５１ａが、アンテナ４０ａの高インダクタンス部分４１ａと位置合わせされ、バッフル５０ａの不透明部分５２ａが、アンテナ４０ａの低インダクタンス部分４２ａと位置合わせされる。その結果、プラズマ密度分布６０ｂは、図２Ｆのグラフに示すように、アンテナ部分４１ａから透明部分５１ａを介して形成された高密度プラズマからなる６個の局所領域６１を備えている。それら局所領域においては、電磁界の形成および結合が、局所的に効率的なものとされている。６個の領域６１ａどうしの間に位置した領域６２ａは、アンテナ部分４２ａおよび不透明部分５２ａに隣接したものであって、バッフル５０ａを通しての結合が非効率的なものとされている。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態においては、図４に明瞭に示すように、半導体のコーティングやエッチングを行うシステムおよびプロセスのための高密度誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、ＩＣＰ効率を局所的に増強した態様でもってプラズマ内においてＲＦパワーを空間的的に分布させ得るような所定形状の周縁誘導部材により、生成され維持される。周縁誘導要素は、アンテナ４０およびシールド構造５０の一方または双方を備えている。説明の目的のために、アンテナ４０は、様々な実施態様でもって図示され説明され、例えばアンテナ４０ａ（図２Ｅ）として説明される。また、シールド構造５０についても、様々な実施態様でもって図示され説明され、例えばバッフル５０ａ（図２Ｃ）として説明される。同様の参照は、構造の部分４１，４２，５１，５２についても、また、プラズマ分布６０ａ，６０ｂについても、また、特徴物６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂについても、行われる。
【００４７】
セグメント化されたアンテナ部材５０の特徴は、合計のインダクタンスが、例えばアンテナ２６ａあるいは２６ｂといったような非セグメント化アンテナ（すなわち、セグメント化されていないアンテナ）と比較して、より小さいことである。このため、より小さなサイズのＩＣＰ源に典型的な単純さを維持しつつ、例えば３００ｍｍウェハ１５といったような大面積プラズマ処理システムに関して技術的により適切なものである。セグメント化されたアンテナ４０は、方位角に調整されたピッチが設けられており、これが、プラズマ内へと供給されるＲＦパワーに空間的分布をもたらし、さらに、成膜シールド５０のオーミック損失を低減させ、さらに、小さなインダクタンスをもたらし、さらに、プラズマ内へと局所的に増強されたＲＦパワー密度分布６０ａ，６０ｂを形成する。空間的ＲＦパワー密度分布６０ａ，６０ｂにより、成膜シールド５０によるシールド性能を増強することができる。
【００４８】
セグメント化されたアンテナ４０をなす導体の構成は、図３を参照して理解することができる。アンテナ４０は、一体的な導体４３から形成することができる。この導体４３を通しては、矢印４４で示す向きに、瞬時に流れ得るものと考えることができる。導体４３は、互いに異なるサイズとされた２つの導体部分４５，４６から構成されている。各導体部分４５，４６は、電流矢印４４に対して直交する向きに、それぞれ、互いに異なる横断面積Ｓ１ ，Ｓ２ を有している。各導体部分４５，４６は、電流矢印４４に対して平行な向きにおいては、それぞれ、Ｌ１ ，Ｌ２ という長さを有している。したがって、導体４３は、導体の長さの全体 Ｌ１＋Ｌ２ （横断面積が小さい方の部分４５の長さと、横断面積が大きい方の部分４６の長さと、の合計）に対しての、横断面積が大きい方の部分４６に関連した導体長さＬ２ の比として定義されるような『充填係数』Φを有しているものと見なすことができる。例えば、Φ＝Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２） である。導体は、また、部分的には、横断面積が小さい方のセグメント４５の横断面積Ｓ１ に対しての、横断面積が大きい方のセグメント４６の断面積Ｓ２ の比として定義されるような『横断面積比』Θによって規定することができる。すなわち、Θ＝Ｓ２／Ｓ１ である。
【００４９】
一定のＲＦ電流が、導体４３を通して流れる。使用されているＲＦ周波数においては、この電流は、中実導体体積を囲んでいるワイヤケージを通って電流が流れるのと同様に、導体４３の表面の近傍を流れる。横断面積が小さい方のセグメント４５の場合には、表面電流密度は、横断面積が大きい方のセグメント４６の場合と比較して、かなり大きなものとなる。したがって、導体セグメント４５の表面近傍において誘起されるＲＦ磁界Ｈ１ は、導体セグメント４６の表面近傍において誘起されるＲＦ磁界Ｈ２ と比較して、より大きなものとなる。よって、誘導結合が大きなものとなり、セグメント４５に隣接するプラズマ内においては、セグメント４６に隣接するプラズマ内において誘起される電流Ｉ２ と比較して、より大きな電流Ｉ１ が誘起される。セグメント４５に隣接するプラズマ内へと結合するＲＦパワー６１ｂ，６１ａは、セグメント４５に隣接するプラズマ内へと結合するＲＦパワー６２ａ，６２ｂよりも、大きなものとなる（図２Ｄおよび図２Ｆ）。
【００５０】
プラズマに対する誘導結合が、容量結合だけが起こり得る場合と比較して、ＲＦパワーに関し、より小さなしきい値を有していることにより、横断面積が大きい方の導体部分４６の領域における小さなＲＦパワー６２は、ＩＣＰモードでの結合が不可能なものとすることができる。これに対し、横断面積が小さい方の導体部分４５に隣接した領域におけるＲＦパワーは、ＩＣＰしきい値レベルを超えたものに維持される。その結果、パワーの結合は、領域６１ａ，６１ｂへと集中し、領域６２ａ，６２ｂには実質的に存在しない。
【００５１】
セグメント化された導体４３に関する様々な構成４３ａ〜４３ｅが、図３Ａ〜３Ｅに図示されている。これらは、様々な横断面積構成を示しており、他のものと比較して利点を有している。一般に、例えば４３ａ，４３ｂといったような３次元配置は、また、４３ｃといったような配置は、ウィンドウ２５に対して平行であるような４３ｄまたは４３ｅと比較して、ウィンドウ２５に対して垂直に延在する部分すなわちウィンドウ２５から離れる向きに延出された部分を有していることにより、より有効である。横断面積が互いに異なる複数のセグメントを使用することに代えて、詳細に後述するように、導体束を形成して、収束や発散を行うことができる。
【００５２】
図４は、本発明の一実施形態に基づいてＩＣＰを生成するための周縁誘導部材を備えた図１の材料源２０を示す斜視図である。周縁誘導部材は、平面状ウィンドウ２５の外部に配置された３次元的セグメント化アンテナ４０と、ウィンドウ２５の内部を保護するための、対応してセグメント化された成膜バッフルまたはシールド５０と、を備えている。そのような周縁誘導部材は、例えば図２Ｄに示すようなものとすることができ、より詳細には、図４Ａに示すようなものとすることができ、図２Ｅに示すようなプラズマパワー分布を生成することができる。
【００５３】
図４Ａにおいては、アンテナ４０ａは、誘電性ウィンドウ２５に隣接して図示されている。バッフル５０ａは、アンテナ４０ａが配置されている方とは反対側においてウィンドウ２５に隣接して配置されている。アンテナ４０ａは、４個の同心状ループ４７ａを有した連続的な導体４３ａから形成されているとともに、平面視においては、このような導体（セグメント）を６個備えている。例えばテフロン（登録商標）といったような絶縁材料からなる螺旋バンドあるいは一連をなす複数のリング（図示せず）が、隣接した巻線４３ａどうしの間に、あるいは、他の実施形態中の巻線４３との間に、介装することができる。各巻線４７ａは、横断面積の小さな６個の導体４５ａと、横断面積の大きな６個の導体４６ａと、を備えており、これらセグメント４５ａ，４６ａは、交互に配置されている。セグメント４５ａ，４６ａは、隣接する巻線４７ａの同様の各セグメントに対して径方向に位置合わせされている。径方向に位置合わせされた小さな横断面積の巻線４５ａは、アンテナ４０ａの径方向に楔形状の高放射能効率部分４１ａを形成しており、径方向に位置合わせされた大きな横断面積の巻線は、アンテナ４０ａの径方向に楔形状の低放射能効率部分４１ａを形成している。
【００５４】
バッフル５０ａは、円形の金属部材として示されており、６グループをなす山形形状のスロット５７ａを備えている。これらスロット５７ａは、直線的な見通しを塞ぐものである。このため、粒子は、プラズマからバッフルを介してウィンドウ２５にまで一直線的には移動することができない。複数のスロット５７ａがなす各グループは、シールド５０ａのＲＦ高透過部分５１ａを形成する。スロット５７ａは、バッフル５０ａ上において径方向に配向されており、アンテナ４０ａの高効率導体セグメント４５ａに対して垂直とされている。これにより、バッフル５０ａの高透過部分５１ａを形成している。６個の領域５１ａどうしの間の領域は、中実金属であって、バッフル５０ａの不透過部分５２ａを形成している。このような不透過部分５２ａは、導体４３ａの低効率部分４６ａと位置合わせされている。
【００５５】
周縁部分におけるプラズマの一様性を向上させ得るよう、充填係数Φと断面積比Θとが、各巻線４７の周縁回りにおける各部分にわたって一定のものとされる。しかしながら、巻線ごとに異なるものとすることもできる。
【００５６】
図４Ｂは、図４Ａの場合と同様に、周縁誘導部材を図示している。しかしながら、アンテナ４０ｂは、導体４３ｂを備えており、この導体４３ｂは、アンテナ４０ａの場合の湾曲したセグメント４５ａ，４６ａではなく、互いに平行な直線状のセグメントとして形成された小さな横断面積のセグメント４５ｂと大きな横断面積のセグメント４６ｂとを有している。加えて、アンテナ４０は、大きな横断面積のセグメント４６ａ，４６ｂの表面内にアーチまたはノッチ４８を有することができる。これにより、アンテナ４０の導体４３ａ，４３ｂのこれらの部分に関し、インダクタンスをさらに低減することができる。図４Ｃ、図４Ｄおよび図４Ｅは、それぞれ、代替可能なアンテナ４０ｃ、４０ｄおよび４０ｅを示している。各アンテナは、各々が径方向に離間して交互に配置されかつ互いに異なる構成のものとされた８個の高効率部分４５と８個の低効率部分４６とを有している。アンテナ４０ｃおよび４０ｄは、それぞれ、ただ１本の巻線を有している。しかしながら、アンテナ４０ｅは、３本の巻線を有している。
【００５７】
図４〜図４Ｂの実施形態においては、ウィンドウ２５は、位置合わせされた６個のセグメント化アンテナ４０ａ〜４０ｂおよびバッフル５０ａに対して、３０°だけ回転することができる。これにより、ウィンドウ２５に関し、あるクリーニングから次なるクリーニングまでの平均時間を２倍に延ばすことができる。同様に、ウィンドウ２５は、位置合わせされた８個のセグメントアンテナ４０ｃ〜４０ｅおよび対応する８個のセグメントバッフル（図示せず）に対して、２２．５°だけ回転することができる。３００ｍｍという大きなウェハ１５の場合、そのようなウィンドウ２５は、大気圧による圧力に耐え得るよう、かなり厚いものでなければならない。そのような厚いウィンドウ２５は、図４Ｆに示すように、複数の小さなウィンドウセグメント２５ａからなるアレイを使用することができる。そのようなウィンドウセグメント２５ａは、楔形状のものとして形成することができ、アンテナ４５ａの高効率部分に対して、および、シールド５０ａの高透過部分５１ａに対して、位置合わせされる。ウィンドウセグメント２５ａの間に位置した中実壁セグメント５４は、アンテナ４０の低効率セグメント４６およびシールド５０ａの低透過セグメント５２ａに対して、位置合わせすることができる。
【００５８】
図５は、例えば図１Ａのエッチング装置３０といったようなＩＣＰエッチングモジュールに関して適切に使用し得るタイプの周縁誘導部材を図示している。そのような装置においては、石英チャンバベルジャー形状壁３１を、複数の小さな誘電性ウィンドウ２５ｃからなるアレイを内部に有した金属壁３１ａによって代替することができる。誘電性ウィンドウ２５ｃの各々は、対応するサイズのバッファ５０ｃによってカバーされる。螺旋アンテナ４０ｆが、壁３１ａの外側を囲んでいる。その際、高効率の小さな導体部分４５ｆが、ウィンドウ２５ｃに対して位置合わせされ、なおかつ、低効率部分４５ｆが、ウィンドウ部分２５ｃどうしの間において、金属壁３１ａをなす中実部分に対して位置合わせされる。図５Ａおよび図５Ｂは、アンテナ４０ｆの代替可能な実施形態をなす、それぞれ、アンテナ４０ｇ，４０ｈを示している。図５、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、そのようなアンテナ４０ｆ，４０ｇ，４０ｈは、連続的な導体４３ｆ，４３ｇ，４３ｈから形成することができる。各導体は、高効率部分と低効率部分とを交互的に有しており、高効率の高インダクタンス部分４５ｆ，４５ｇ，４５ｈは、小さな横断面積の導体から形成されており、低効率の低インダクタンス部分４６ｆ，４６ｇ，４６ｈは、大きな横断面積の導体から形成されている。図４Ａおよび図５Ｂに示す装置は、図１のように、中実ベルジャー形状のウィンドウ３１を備えたものとして図示されている。この場合、図５の個別シールド５０ｃではなく、円筒形状のシールド（図示せず）に、アンテナ４０の高効率部分４５と位置合わせしつつ複数の高透過部分が設けられ、アンテナ４０の低効率部分４６と位置合わせしつつ複数の低透過部分が設けられている。
【００５９】
大きな横断面部分と小さな横断面積部分とを有している上記導体４３の利点は、アンテナ５０の冷却を、内部を通して冷却用流体を流通させるためのチューブ状中空導体を使用する必要がないということである。それに代えて、導体の大きな横断面積部分の大きな表面積が、実質的に大きな熱伝導性をもたらし、周囲媒体に対する熱交換によって、導体の十分な冷却をもたらす。
【００６０】
図６は、図５〜図５Ｂのモジュールと同様のエッチングモジュール３０ａを、一部を破断して図示している。このモジュール３０ａは、単純なＩＣＰ源製造技術を使用して製造し得るような、特にコスト的に有利な周縁誘導部材である。図６においては、エッチングモジュール３０ａの誘電性壁３１は、修正された螺旋アンテナ４０ｉによって囲まれている。このアンテナ４０ｉは、長さ全体にわたって細いチューブから形成された複数の導体巻線４３ｉを使用している。導体４３ｉは、上述したような横断面積が変動するセグメント化アンテナ導体４３の利点を提供し得るよう構成されている。成膜シールド５０ｄは、ベルジャー形状の誘電体壁３１の内部に設けられている。シールド５０ｄは、高透過部分５５ｄと低透過部分５６ｄとを備えている。高透過部分５５ｄは、アンテナ４０ｉのうちの複数の巻線が密に配置されてなる高効率部分４５ｉに対応しているとともに、そのような高効率部分４５ｉに対して径方向において位置合わせされている。低透過部分５６ｄは、アンテナ４０ｉのうちの複数の巻線が互いに離間して配置されてなる低効率部分４６ｉに対応しているとともに、そのような低効率部分４６ｉに対して径方向において位置合わせされている。複数の導体が互いに近接して配置されて束状とされた導体部分４５ｉは、高インダクタンスを有しているとともに、放射効率が大きい。複数の導体が互いに離間して配置された導体部分４６ｉは、低インダクタンスを有しているとともに、放射効率が小さい。なぜなら、導体どうしが離間している場合には、疎部分４６ｉ内の個々の導体巻線間に存在する磁界が互いに逆向きとなるからである。これに対し、導体どうしが密であると、磁界どうしが互いに増強され、導体部分４５ｉがなす束全体を囲むようになる。
【００６１】
図６においては、誘導部材４３ｉは、周方向において例えば８個の部分といったような複数の部分へと分割されたチューブ状導体４３ｉによって形成される。その際、高効率部分４５ｉと低効率部分４６ｉとの各々は、２２．５°という角度範囲にわたって延在している。個々のループ間のピッチは、高効率の束状をなす導体部分４５ｉにおいては、小さい。これにより、プラズマ内において、局所的により強いＲＦ磁界を生成することができる。個々のループ間のピッチは、低効率の疎状とされた導体部分４６ｉにおいては、大きい。これにより、誘電性壁を通過するＲＦ磁界が低減される。
【００６２】
図６の実施形態におけるバッフル５０ｄは、全体的に円筒形状で、アンテナ４０ｉとは反対側においてベルジャー形状の誘電体３１の側壁の内部を直接的に囲んでおり、さらに、一般に、円筒形状周縁側壁上への堆積からウィンドウを保護している。誘電体３１の頂部は、バッフル５０ｄによって保護されていない。しかしながら、この部分に関してはアンテナからの結合が存在しないので、この部分への成膜は、プラズマ生成効率を妨害しない。アンテナ４０ｉの高効率部分４５ｉと位置合わせされている高透過部分５５ｄは、どれ、、誘電体３１上へのすべての成膜を防止し成膜量を最小とする。一方、不透過部分５６ｄは、隣接した誘電体部分上への成膜をほぼ完全に防止している。それでもなお、高透過部分５５ｄに対して隣接した誘電体部分上への金属の成膜は、実質的に、そのような部分での誘電体５０ｄを介してのＲＦ結合を低減させ始める。この状況に到達した際には、アンテナ４０ｉを、２２．５°だけ回転させることができる。これにより、ウィンドウ３１上の成膜領域を移動させることができ、ウィンドウに関するクリーニング間平均時間（mean-time-before-cleaning,ＭＴＢＣ）（すなわち、あるクリーニングから次回のクリーニングまでの平均時間）を２倍にすることができる。
【００６３】
アンテナ５０ｄは、さらに、アンテナ４０ｉの疎部分４６ｉに、特に巻線４７ａといったような、バッフル５０ｄの範囲を超えて、誘電性ウィンドウ３１の頂部にまで部分的に延在するような巻線部分を有している。そのような拡張巻線４７ａは、プラズマに対して小さな容量結合を有しており、その結果、プラズマ点火時におけるプラズマに対するエネルギー結合において有効である。
【００６４】
図６Ａ、図６Ｄおよび図６Ｇは、図６のアンテナ４０ｉの変形例をなすような、それぞれ、アンテナ４０ｊ，４０ｋおよび４０ｌを図示している。巻線は、各々が３０°という角度範囲にわたって延在する互いに交互配置された６個の部分から構成されている。アンテナ４０ｊは、図５、図５Ａおよび図５Ｂと同様のシールドと一緒にあるいは図６Ｂのシールド５０ｅと一緒に、アンテナ４０ｆ，４０ｇおよび４０ｈに代えて、使用することができる。その場合、図６Ｃに示すようなエネルギー分布６０ｃを生成することができる。ピークパワー密度は、誘導部材４０ｊを通して１０アンペアという電流を流した時に、図６Ｆの領域６１ｃのところにおいて、最大で約０．４８Ｗ／ｃｍ２ である。その場合、領域６２ｃにおける成膜パワーは、ほとんどない。プラズマ内への成膜パワーの合計は、このような条件下において、約３１６ワットである。
【００６５】
アンテナ４０ｋおよび４０ｌは、ハニカム巣構造として形成され、図６Ｅおよび図６Ｈにそれぞれ示すシールド５０ｆおよび５０ｇも含めた適切なシールドと一緒に使用することができ、これにより、図６Ｆおよび図６Ｇに示すようなエネルギー分布６０ｄおよび６０ｅを生成することができる。シールド５０ｅは、一列状でもって高さ全体にわたって延在するとともに互いに交互配置された高透過部分５５ｅと不透過部分５６ｅとを備えている。これら部分は、アンテナ４０ｊの、それぞれ、高効率部分４５ｊおよび低効率部分４６ｊに対して位置合わせされる。シールド５０ｆは、ジグザグをなす二列状でもって互いに交互配置された高透過部分５５ｆと不透過部分５６ｆとを備えている。これら部分は、アンテナ４０ｋの、それぞれ、高効率部分４５ｋおよび低効率部分４６ｋに対して位置合わせされる。シールド５０ｇは、ジグザグをなす三列状でもって互いに交互配置された高透過部分５５ｇと不透過部分５６ｇとを備えている。これら部分は、アンテナ４０ｌの、それぞれ、高効率部分４５ｌおよび低効率部分４６ｌに対して位置合わせされる。
【００６６】
アンテナ４０ｋにおいては、導体がハニカム構造であることにより、ピークパワー密度は、図６Ｆの領域６１ｄのところにおいて、約０．１９Ｗ／ｃｍ２ である。その場合、領域６２ｄにおける成膜パワーは、ほとんどない。プラズマ内への成膜パワーの合計は、約２２０ワットである。アンテナ４０ｋのインダクタンスは、アンテナ４０ｊのインダクタンスよりも小さい。例えば、アンテナ４０ｌにおいては、８．３４ｍＨであり、アンテナ４０ｊにおいては、１０．７３ｍＨである。アンテナ４０ｌに関しては、ピークパワー密度は、図６Ｊの領域６１ｅのところにおいて、約０．３０Ｗ／ｃｍ２ である。その場合、領域６２ｅにおける成膜パワーは、ほとんどない。合計パワーは、１０アンペアかつ４５０ｋＨｚかつ８．５９ｍＨというインダクタンスという条件下において、２３５ワットである。
【００６７】
図６Ｂ、図６Ｅおよび図６Ｈにおける成膜シールド５０ｅ，５０ｆおよび５０ｇは、アンテナ４０ｊ，４０ｋおよび４０ｌのピッチ稠密化領域に隣接したところに、高透過部分５５ｅ，５５ｆおよび５５ｇを備えている。
【００６８】
図７Ａおよび図７Ｂは、図４に示すようなｉＰＶＤ適用に関して好適であるような、コスト的に有利なアンテナの実施形態４０ｍおよび４０ｎを示している。アンテナ４０ｍおよび４０ｎの各々は、それぞれが一定横断面形状のチューブ状導体から構成されかつ調整されたピッチ構造を有しているような、高効率部分４５ｍ，４５ｎと低効率部分４６ｍ，４６ｎとを備えている。成膜バッフル５０ｆおよび５０ｇは、それぞれ対応するアンテナ４５ｍおよび４５ｎと一緒に使用するものとされ、上述したようにしてアンテナのそれぞれ対応する部分に対して位置合わせされるような、高透過部分５５ｆ，５５ｇと不透過部分５６ｆ，５６ｇとを備えている。
【００６９】
図７Ｃのアンテナ４０ｏは、バッフル５０ｆ（図７Ａ）と一緒に効果的に使用し得るような、アンテナの好ましい３次元的実施形態である。このアンテナは、それぞれが３０°という角度範囲にわたって延在しなおかつ導体どうしが緊密に配置されてなる６個の部分４５ｏと、交互配置されているとともにそれぞれが３０°という角度範囲にわたって延在しなおかつ導体どうしが疎に配置されてなりさらにシールド５０ｆがなす面から離間して延在する６個の部分４６ｏと、を備えている。アンテナ４０ｏの高効率部分４５ｏは、シールド５０ｆの高透過部分５５ｆに対して位置合わせされ、一方、アンテナ４０ｏの低効率部分４６ｏは、シールド５０ｆの不透過部分５６ｆに対して位置合わせされる。
【００７０】
開示された構成の利点は、誘電体の回転によって、図６の誘電性ベルジャーあるいは図４のウィンドウ２５の寿命を２倍とし得ることである。これは、ウィンドウの一部だけしか、プラズマに対しておよび汚染源に対して直接的に露出されていないからである。上述した実施形態および他の実施形態においては、成膜シールド５００に関するオーミック損失が、従来技術の場合と比較して、より小さなものである。特に図６の構成においては、アンテナ４０ｉの巻線４７ａをシールド５０ｄを超えて拡張しておりこれによりプラズマ点火時にウィンドウを貫通してのエネルギーの容量結合を可能としていることにより、プラズマ点火を信頼性高く行うことができる。部分的に不透過性の成膜シールドを使用することにより、誘導結合を低減させ得ることのために、パワーの損失をもたらすことがない。プラズマ内へのＲＦパワー供給は、予め選択した位置において、増大させることができる。そのような位置の選択は、アンテナピッチの変更に基づきまた成膜シールドの『高透過』領域と『不透過』領域との間の比の変更に基づき、誘導部材の構成によって、行うことができる。強力なＲＦ磁界を、局所的に生成することができ、これにより、成膜シールドの比較的短いスロットを通過させた場合であってさえ、プラズマ内へと供給し得るパワーを増大させることができる。不透過性のシールド領域においては、ＲＦパワーの損失は、ほとんどない。
【００７１】
本発明に関し、例示としての様々な実施形態を参照して説明した。当業者であれば、上述した様々な特徴点に関し、本発明の原理を逸脱することなく、追加や削除や変形を行い得ることは、理解されるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲によって規定されている。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来技術によるイオン化物理的気相蒸着装置を単純化して示す図であって、本発明のある種の実施形態を適用し得るタイプの装置を示している。
【図１Ａ】従来技術によるプラズマエッチング装置またはプラズマクリーニング装置を単純化して示す図であって、本発明の他の実施形態を適用し得るタイプの装置を示している。
【図２】本発明のある種の実施形態による周縁イオン化ＩＣＰ源を示す分解斜視図である。
【図２Ａ】図１に示すタイプのｉＰＶＤ装置のための、従来技術によるＩＣＰ源を概略的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの源を使用した場合に生成されるプラズマパワー分布を示す３次元的グラフである。
【図２Ｃ】図１に示すタイプのｉＰＶＤ装置のための、本発明の一実施形態によるＩＣＰ源を概略的に示す平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｃの源を使用した場合に生成されるプラズマパワー分布を示す３次元的グラフである。
【図２Ｅ】図１に示すタイプのｉＰＶＤ装置のための、本発明の他の実施形態によるＩＣＰ源を概略的に示す平面図である。
【図２Ｆ】図２Ｅの源を使用した場合に生成されるプラズマパワー分布を示す３次元的グラフである。
【図３】図２ＥのＩＣＰ源のためのアンテナ導体の一部を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３に示すアンテナ導体の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３に示すアンテナ導体の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｃ】図３に示すアンテナ導体の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｄ】図３に示すアンテナ導体の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｅ】図３に示すアンテナ導体の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＩＣＰ源を備えたｉＰＶＤ装置のためのカソードアセンブリを示す斜視断面図である。
【図４Ａ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４Ｃ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４Ｄ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４Ｅ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図４Ｆ】図４に示すＩＣＰ源の代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図５】エッチング装置のための、本発明の一実施形態によるＩＣＰ源を概略的に示す斜視図である。
【図５Ａ】図５に示すＩＣＰ源における代替可能なアンテナを示す図である。
【図５Ｂ】図５に示すＩＣＰ源における代替可能なアンテナを示す図である。
【図６】図５と同様のエッチング装置のための、本発明の他の実施形態によるＩＣＰ源を概略的に示す斜視図である。
【図６Ａ】図５および図６に示すＩＣＰ源における代替可能なアンテナを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａのアンテナのための成膜バッフルを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａのアンテナと図６Ｂのバッフルとを備えたＩＣＰ源を使用した場合のパワー分布を示す図である。
【図６Ｄ】図５および図６のＩＣＰ源のための代替可能なアンテナを示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｄのアンテナのための成膜バッフルを示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｄのアンテナと図６Ｅのバッフルとを備えたＩＣＰ源を使用した場合のパワー分布を示す図である。
【図６Ｇ】図５および図６のＩＣＰ源のための代替可能なアンテナを示す図である。
【図６Ｈ】図６Ｇのアンテナのための成膜バッフルを示す図である。
【図６Ｊ】図６Ｇのアンテナと図６Ｈのバッフルとを備えたＩＣＰ源を使用した場合のパワー分布を示す図である。
【図７Ａ】ｉＰＶＤ装置のための代替可能なＩＣＰ源における図４のカソードアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｂ】ｉＰＶＤ装置のための代替可能なＩＣＰ源における図４のカソードアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｃ】ｉＰＶＤ装置のための代替可能なＩＣＰ源における図４のカソードアセンブリを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０    ｉＰＶＤ装置
１１    チャンバ壁
１２    真空処理チャンバ
２４    ＲＦのＩＣＰ源
２５    ウィンドウ
２６    アンテナ
２７    成膜バッフル、保護シールド
３９    周縁電離源
４０    セグメント化されたアンテナ
４１    高効率の高インダクタンス部分
４２    低効率の低インダクタンス部分
５０    成膜バッフル、保護シールド
５１    比較的透明な領域（高透過部分）
５２    比較的不透明な領域（低透過部分）
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2007525798.tif 000013
【図３Ｅ】
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【図４】
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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４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｊ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｆ】
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【国際調査報告】
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2007525798.tif 000042
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