(57)【要約】誘導素子２０は、シート状の材料から生成される。誘導素子２０は、プロセスチャンバ１２の誘電体の壁または窓１６の外側に位置し、一般的には誘電体の壁または窓に一致し、一つ以上の層またはループ４０が形成される。導電体は、ヘビ状または振動する形状を有する各々のループの周りに導電経路を与え、各々のループの周りの導電経路は、誘導素子２０の円周よりも大きくなるようになっている。導電経路は、誘導素子の側面のエッジに沿ったカットアウト３０によって形作られている。導電体は、導電経路を横切る幅とシートの厚さで決められる大小のアスペクト比を有する交互のセグメント３１−３５によって形作られている。セグメントはシートのカットアウトからも決められている。電流を集束されるセグメントが細ければ細い程、インダクタンスは高くなり、チャンバ内部に多量のエネルギーを結合し、それによって、離散的にプラズマが集束したリングを生成する。
2007520047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何学構造の異なる複数のセグメントを画定する成形されたエッジを有する少なくとも一つのループを形成する電気伝導性材料のシートから成る導電体を備えたＩＣＰ源用の誘導素子。
【請求項２】
前記導電体の前記エッジは、前記素子の軸周りについて交互の幾何学構造のセグメントと、前記軸周りについて交互の半径を有する部分を含む電流経路を構成する請求項１に記載の誘導素子。
【請求項３】
前記セグメントの各々は幅対厚さというアスペクト比を決める厚さと幅を有し、一つのセグメントの幾何学構造は、他のセグメントの幾何学構造よりも相対的に高いアスペクト比を有する請求項１に記載の誘導素子。
【請求項４】
前記導電体は、電気伝導性が高い材料のシートで形成され、
前記セグメントの各々はほぼ同じ厚さを有し、幅対厚さのアスペクト比が異なるように決められた少なくとも二つの異なる幅から成り、
一つのセグメントの幾何学構造は、他のセグメントの幾何学構造よりも相対的に高いアスペクト比を有する請求項１に記載の誘導素子。
【請求項５】
前記導電体は、電流が流れる経路を形成する一続きのセグメントを画定する複数のカットアウトを有する請求項１に記載の誘導素子。
【請求項６】
前記導電体は、一つの前記カットアウトの周りの電流経路が短くなることを妨げる複数のギャップを有する請求項５に記載の誘導素子。
【請求項７】
前記導電体は、円周上の一点で半径方向に沿って切れ目が入れられ、ＲＦ出力源の接続部に前記導電体の端部を与える環状のシートである請求項５に記載の誘導素子。
【請求項８】
前記導電体は、略平面、略円筒、略球形、略円錐から成るグループから選択された形状を有する請求項７に記載の誘導素子。
【請求項９】
前記導電体は、電気伝導性の高い材料のシートで形成され、
前記セグメントの各々は、幅対厚さのアスペクト比を決める厚さと幅を有し、
一つのセグメントの幾何学構造は、他のセグメントの幾何学構造よりも相対的に高いアスペクト比を有し、
前記導電体は、電流が流れる経路を形成するアスペクト比の異なる一続きの前記セグメントを画定する複数のカットアウトを有する請求項１に記載の誘導素子。
【請求項１０】
前記カットアウトは円形である請求項９に記載の誘導素子。
【請求項１１】
前記カットアウトは円形であり、円周上にほぼ等しい間隔で配置されている請求項９に記載の誘導素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の誘導素子であって、
チャンバの外側で誘電体の壁に重なるように配置され、前記誘電体の壁に略平行である幅と縦方向の広がりと、前記誘電体の壁に略垂直である厚さを更に有する誘導素子を有するＩＣＰ源。
【請求項１３】
請求項１に記載の誘導素子を有するＩＣＰ装置であって、
誘電体の壁を有する真空処理チャンバを更に有し、
前記誘導素子は前記チャンバの外側で誘電体の壁に重なるように配置され、前記誘電体の壁に略平行である幅と縦方向の広がりと、前記誘電体の壁に略垂直である厚さを有するＩＣＰ装置。
【請求項１４】
誘電体の壁を有する真空処理チャンバと、
前記チャンバの外側で誘電体の壁に重なるように配置され、前記誘電体の壁に略平行である幅と縦方向の広がりと、前記誘電体の壁に略垂直である厚さを有する誘導素子であって、
アスペクト比の異なる一続きのセグメントを有する電気伝導性のシートで構成された誘導素子と、
ＲＦジェネレータと、
前記誘導素子と前記ＲＦジェネレータとを接続するマッチングネットワークとを有するＩＣＰ装置。
【請求項１５】
プロセス装置のプラズマ内部へとエネルギーを誘導結合させる方法であって、
チャンバの外側で前記チャンバの誘電体の壁に重なるように配置された誘導素子を提供し、
前記素子にマッチングされたＲＦジェネレータで前記誘導素子にエネルギーを与え、
導電体に形成されたエッジによって画定された異なる幾何学構造を有する前記素子の交互のセグメントを備えた前記チャンバ軸の周りにプラズマを空間的に分布させることを含む方法。
【請求項１６】
前記プラズマを空間的に分布させることは、前記素子の断面積の小さいセグメントから、前記チャンバの軸の周りに分布したプラズマ密度の集中したセグメント化されたリングへとエネルギーが誘導結合されることを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマを空間的に分布させることは、誘導素子の断面積の小さなセグメントから、前記チャンバ軸から異なる半径方向上の複数のリングへとエネルギーを誘導結合することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記誘導素子は前記誘電体の壁に略平行な幅と縦方向の長さを有し、前記誘電体の壁に略垂直な厚さを有し、前記誘導素子は、アスペクト比の異なる一連のセグメントを有する電気伝導性の材料のシートから形成される請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記プラズマを空間的に分布させることは、前記誘導素子の断面積の大きいセグメントと小さいセグメントとを画定するシート状材料の一連のカットアウトと前記チャンバの軸からのセグメントの半径とによって前記シート状材料を形成する誘導素子の電流経路に影響がある請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
チャンバ軸のまわりで複数回振動するような前記誘導素子の電流経路を形成するように前記誘導素子のエッジを形成することを更に有する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度プラズマ発生装置、システム及びプロセスに係り、特に半導体ウェーハの製造に関する。本発明は、特に、半導体プロセスにおいて使用される高密度誘導結合プラズマに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ源としては二つの主要なグループがある。すなわち、プラズマに結合するＲＦ電場を利用する容量結合プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）と、プラズマに結合するＲＦ磁場を利用する誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）である。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源は、一般的に、半導体技術のプラズマプロセス用のプラズマ発生において最も使いやすく且つコスト面でも効果的であるとして認識されている。ＩＣＰは、コイルを流れるＲＦ電流が真空チャンバ内部に電磁ＲＦ場を誘導し、プラズマを点火し、誘導されたＲＦプラズマ電流によりプラズマを維持するという電磁誘導の原理に基づいている。現在、最も一般的なＩＣＰ源は、プラズマに十分なＲＦ出力を与える複数のループから構成される平面、円柱またはドーム型の幾何学構造を有したコイルを備えている。
【０００３】
最近、より複雑な形状を持つアンテナが提案されてきており、例えば、ハイブリッド型または二重のコイルの配置、トロイダルプラズマ発生コイル、埋め込み型コイル、ヘリコン（蛇行）アンテナ、３Ｄアンテナ、平行導線アンテナといったものがある。広範囲を処理するＩＣＰにおける非常に一般的な問題は、チャンバ壁に拡散するプラズマに起因して、比較的大きな半径方向に対してプラズマが一様ではないということである。更に重大な問題は、コイル長に沿った電流が一様でないことに起因してコイルの導線に沿った伝導線の効果により引き起こされる方位角方向のプラズマの不均一性である。
【０００４】
プラズマの一様性を改善するために、平行に接続され、共通ＲＦ出力源から出力を与えられる多重螺旋から構成されるより複雑な構造が提案されてきている。しかしながら、そのような配置に見られるプラズマの不安定性を改善しようとする傾向は、むしろプラズマの不均一性を生じさせてしまっている。
【０００５】
ＩＣＰに対する他のアプローチとしては、ＲＦ出力源に接続された第一ワインディングと電流伝導するプラズマにより提供される第二ワインディングを有するフェライトコア変換器を使用するアプローチが提案されている。しかし、機械的な支持と配置、個々のインダクタの冷却、プロセス化学との材料の相性が、前述のコンセプトを非常に複雑にしてしまい、適切且つ最終的な解決方法は非常にコストがかかり、高密度プラズマの応用においては実用的ではない。こうした事実により他の単純な解決方法が模索されている。
【０００６】
次に、平面の低インダクタンスのコイルが提案されている。上記コイルにおいては、広い表面積を有するＲＦインダクタンスコイルと低プロファイルにより、高い負荷に繋がる効果的なＲＦ出力を生じさせている。好ましくは、コイルのターンは金属のシートを有し、コイルのターンはお互いに実質的に平行である。しかしながら、そのようなコイルを備えた場合のプラズマ内への最も効果的な出力の付与は、むしろコイルの内側に近い半径方向において起こる。よって、コイルは、広いサイズで一様なプラズマを提供せずともよく、むしろ、中心にピークのあるプラズマ密度の分布を提供しても良い。その結果、同程度の出力密度分布が、有意に小さい螺旋コイルによって達成される。
【０００７】
従って、単純かつ低コストの高密度の一様なプラズマを生成するＩＣＰ源が必要である。
【特許文献１】米国特許第６０８０２８７号明細書
【特許文献２】米国特許第６２８７４３５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第０９／８７５３３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、一様に分布したプラズマを生成する広範囲プラズマ源において使用できる誘導素子を提供することである。本発明の他の目的は、そのようなプラズマ源用の低インダクタンスの誘導素子を提供することである。本発明の更なる目的は、小型、効率的、低コストのプラズマ源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の原理によると、ＩＣＰ源は、空間的に分布したＲＦ出力をプラズマ内へと結合させるように配置された誘導素子が備えられている。誘導素子は、セグメントへと形作られた一つ以上の層またはターンを有する。所望の出力分布を与えるため、このような導電体は、断面積が異なり、長さに沿ってアスペクト比が異なり、電流密度の異なるセグメントを与える。そのため、セグメントはお互いに関連して配置され、プラズマが生成される真空チャンバ内の空間に関連して配置される。
【００１０】
本発明の実施例は、誘電体の真空チャンバ壁の外側でチャンバ壁に重なるように配置された誘導素子を提供する。インダクタは、誘導素子の円周の長さよりも長い電流経路を有し、電流経路と素子の長さに沿った断面積の変化とは、チャンバ周りの素子周辺の側面エッジの形状によって決定される。多様な実施例において、電流経路がチャンバ軸の周りを回るため、電流経路は異なる半径方向の間を振動し、各々の振動の全体に渡って、異なる寸法のセグメントと貫く。本配置においては、内側、外側または中間のリングの周りのプラズマ密度の分布を多様な組み合わせで実現できる。
【００１１】
本発明の一実施例においては、インダクタは、略平面でシート状の電気伝導性の高い材料で形成されており、特に異なる幅を形成することによって断面積が異なる電流経路が与えられている。コンダクタの形状は、シート状の部材で形成され、導電体の細いセグメントと広いセグメントとを与えるように配置されたカットアウトによって決められている。一般に、細いセグメントは、コンダクタにおける局所的に大きなＲＦ電流密度へと帰着し、つまりは、局所的に強い磁場へと帰着する。このような真空チャンバの外側にある導電体が、真空チャンバの誘電体の壁の近くに配置されると、導電体は、誘電体の壁または窓の反対側の真空チャンバ内部に高密度の出力を結合させる。低アスペクト比または細いセグメントの分布を作ることによって、チャンバ内部においてセグメント化された出力分布は、一連の強い強度を有する位置で結合され、集積された際には、制御可能なプラズマの一様性を与える。
【００１２】
本発明の例示された実施例によると、電気伝導性の高いシート状の部材は、真空チャンバの誘電体の壁または窓に重なるように配置された誘導素子へと形成される。一連のカットアウトが前記部材に形成され、導電体の広いセグメントと細いセグメントとを与える。これらの部分は、異なる半径方向上にあるように作ることができ、集束されたまたは広範囲のプラズマ分布を与える。または、基板の一様な処理といったプロセスにおける所望の効果を与える分布を形成するように配置される。
【００１３】
形状の異なるチャンバに対して特に有利となる多様な配置が与えられる。これらの形状の異なるチャンバは、平面、円筒、半球、円錐やその他の形状である誘電体の壁によって部分的には決められている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、プラズマプロセス技術における多様な作業に適する誘導結合プラズマ源を提供し、広範な処理範囲を覆う一様分布のプラズマを提供する。本プラズマ源には低インピーダンスの誘導素子が備えられている。本誘導素子は、経済的に作ることができ、所望のプラズマ密度分布を与えるために簡単に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記発明の概要、本発明の他の目的及び利点は下記の詳細な説明から容易に理解できる。
【００１６】
図１は、例えば、特許文献１または２に記載されているようなイオン化物理気相成長（ｉｏｎｉｚｅｄ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｉＰＶＤ）装置や、特許文献３に記載されているようなエッチング装置といった半導体ウェーハプロセス装置１０の部分切開斜視図である。図１Ａは、図１の装置１０の実施例の斜視図である。このような装置１０は、プロセス用の半導体ウェーハやその他の基板１４が支持される真空プロセスチャンバ１２を有する。装置１０は、例えばアルミナや石英といった誘電体から形成されたチャンバ壁、またはチャンバ壁に形成された誘電体の窓１６を備えたチャンバ壁を有する。誘電体の窓１６の背面であり、チャンバの外側には、誘導素子またはアンテナ２０を備え、マッチングネットワーク１７を通してＲＦジェネレータ１８に結合されたＲＦエネルギー源（全体像は示さず）が備えられている。ジェネレータ１８は一般的に産業用周波数１３．５６ＭＨｚで作動し、アンテナ２０を通してエネルギーを供給する。アンテナ２０からチャンバ内部において誘導結合が生じ、チャンバ内部に高密度プラズマ１５を生成する。
【００１７】
本発明の原理によると、アンテナ２０は多重セグメントを有する誘導素子である。図１において、セグメント２１−２３は、プラズマ１５を生成するための広範囲に拡がるチャンバ１２内部において、制御された分布でエネルギーを結合する低インダクタンス素子を作製するために選択された異なる幾何学構造を有する。このような誘導素子２０は、一様性が改善されたイオン流束を有する直径２００から３００ｍｍのプロセスウェーハ用の広範囲プラズマを生成するように設計することができる。誘導素子２０は、銅や銀のクラッドメタルといった高導電体のシートで形成される。誘導素子２０は一様な厚さＴで例示されているが、幅は異なってもよい。多重セグメント２１−２３はお互いに幾何学構造が異なり、セグメント２１−２３は、それぞれ幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を有するように示されている。
【００１８】
一般に、セグメント２１−２３の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、厚さＴよりも大きく、各々のセグメントは、Ｗ対Ｔの比率で定義される“アスペクト比”を有しているとみなすことができる。ここで、Ｗはセグメント２１−２３の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３である。アンテナ２０は、誘電体の窓または壁１６に平行に、または重なるように装置１０に配置され、各々のセグメントの寸法Ｔは局所的に窓１６に垂直であり、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は局所的に窓１６に平行である。よって、ＴとＷの平面に対して垂直であるアンテナ２０の導電体の縦方向の長さも、局所的には窓１６に平行である。誘導素子２０の異なる配置例は、図１Ａ−１Ｃに示してあり、それぞれ、平面の誘導素子２０ａ、円筒状の誘導素子２０ｂ、半球形の誘導素子２０ｃを有している。
【００１９】
図１Ａを参照すると、誘導素子２０の一実施例２０ａが例示されている。誘導素子２０ａは、プラズマチャンバ１２の別の金属チャンバ壁に、平坦で円形の窓の形で形成された誘電体の壁１６ａに対して平行に配置されたアスペクト比の大きい導電体で形成される。例えば円筒チャンバの上端である平面のチャンバ壁１６ａの場合には、誘導素子２０ａは、チャンバ１２の軸と同軸上に中心が置かれた環状の金属のストリップで形成される。誘導素子２０ａを形成する環状のシートは、円周上の一点で半径方向に沿って切れ目が入っており、導電体の端部２５，２６を与える。端部２５，２６は図に示すように重なってもよいが、必ずしもその必要はない。端部２５，２６はマッチングネットワーク１７の出力ターミナルに接続されている。マッチングネットワーク１７はＲＦジェネレータ１８に接続されており、ＲＦジェネレータ１８が素子２０ａにエネルギーを与える。
【００２０】
図１Ｂにおいては、誘導素子２０ｂは円筒状であり、チャンバの一般的な円筒状の誘電体の壁または窓１６ｂを囲むように備えられる。一方、図１Ｃにおいては、誘導素子２０ｃはドーム状またはほぼ球状の形であり、ほぼ球状の誘電体のチャンバ壁１６ｃに重なるように備えられる。このような形状は、円錐状の形を含むことも想定され、更に他の形状も使用可能である。上記の素子２０ｂ，２０ｃも、高いアスペクト比を有し、上記の形状を有するチャンバ壁に一致するように配置されている。
【００２１】
誘導素子２０の導電体のアスペクト比は様々である。５：１から１００：１というアスペクト比が実用的であるが、それよりも大きいアスペクト比または小さいアスペクト比も使用可能である。
【００２２】
図１Ａから１Ｃの全てに実施例においては、チャンバ１２内部でのプラズマが生成される位置を分布させるため、誘導素子２０の導電体が形成される金属シートまたはストリップは、図１のセグメント２１−２３のように異なるアスペクト比のセグメントを有するように形作られる。セグメント２１−２３の形は、図１Ａのカットアウト３０によって決められる。それによって、高いアスペクト比もしくは低いアスペクト比の導電体の連続的なセグメント３１−３５が設けられ、素子２０ａを介して流入するＲＦ電流の最短経路を遮るギャップ３６，３７が形成される。この場合、増加されたＲＦ電流密度が発生する誘導ループ４０が形成され、窓１６ａを通して真空チャンバ１２内部に局所的に結合するより強力なＲＦ磁場が引き起こされる。図に示すような円形のカットアウト３０で形成された開口は、プラズマ１３内部へＲＦ磁場が貫く事を容易にし、閉じられた磁場ループ４１ａを発生させる。好ましくは、図示したように、カットアウトパターンは滑らかで円形の形を有する。しかしながら、カットアウト３０のその他の形状も使用可能であり、異なるアスペクト比を有する連続的なセグメントが作られ、所望のプラズマ密度分布を得るための磁束密度の分布が生成される。カットアウトとしては、例えば、楕円形、放物線状の形、更には多角形が使用できる。誘導素子２０に備えられるカットアウトパターン３０は全て同じである必要はなく、異なるパターンの組み合わせが、異なるプラズマ分布を生成するのに最適であることもある。
【００２３】
上述の誘導素子２０は、直列に接続され、同じＲＦ電流を流す多重ＲＦ源の個々のＲＦ源を効果的に作り出す。カットアウトパターン３０の幾何学構造と寸法は、個々のＲＦ源についてＲＦ出力を決める。例えば、伝送線の効果のせいでＲＦ電流が減少してしまうことは、カットアウト３０が取り除く部分の大きさ（図１Ａに破線３０ａで示す）によって調節することができる。全体の出力の分布は、素子２０を形成する導電体シートのセグメント３１−３５の位置とアスペクト比とが決められた個々のＲＦ源の位置によって決定される。更に、誘導結合の強さと効率は、誘電体のチャンバ壁１６の垂直方向に重ねられた導電体素子２０の単一ストリップの数に影響される。典型的には、３または４層程度で十分である。
【００２４】
カットアウトパターン３０の分布と寸法は、生成されるプラズマのサイズ、パワーに対する要求、伝送線の効果の相殺、チャンバ壁による囲い等の特定の技術に対する要求に適するように設計することができる。カットアウトパターン３０の分布を最適に評価する方法は、多数の市販されているプラズマ内へのパワーの付与を計算する三次元シミュレーションのソフトウェアパッケージのどれかを使用することである。しかしながら、いくつかの一般的な規則を、このような設計において適用できる。
【００２５】
図１Ａに示された平面状の配置の場合においては、外径が３００ｍｍに達し、１から５ｋＷという典型的なＲＦ出力範囲で作動する誘導素子２０ａの細い部分Ｗの最小の幅ＷＭＩＮは略５から７ｍｍ以下である。典型的なストリップの厚さＴは略１から３ｍｍである。誘導素子２０を構成するのに使用される材料は、高い導電性を有するべきであるので、銅が適切な選択である。しかしながら、好ましくは銀でコーティングされたその他の金属も使用できる。その場合、ジェネレータから加えられる４５０ｋＨＺ以上の周波数に対しては、略０．１ｍｍというコーティングの厚さで一般的には十分である。
【００２６】
一般に、４つ以上のカットアウトパターン３０で、個々の効果的なＲＦ源の十分な分布が与えられる。例えば円形のパターン３０の半径ＲＰＡＴＴＥＲＮと、誘導素子２０ａ内のパターン３０の半径方向の位置ＲＨによって、カットアウトパターンの最大数は制限される。一般に、円形のカットアウト部分の半径ＲＰＡＴＴＥＲＮは、以下の二つの条件を同時に満たす。
ＲＰＡＴＴＥＲＮ≦｛（ＲＯＤ−ＲＩＤ）／２｝−ＷＭＩＮ
ＲＰＡＴＴＥＲＮ≦ＲＨｓｉｎ（３６０／２Ｎ）ＷＭＩＮ／２
ここで、ＲＯＤとＲＩＤはそれぞれ誘導素子２０ａの外径と内径であり、ＲＨは、素子２０ａの導電体を形成するシートにおいてカットアウトパターン３０の中心までの半径である。ＧＢＲＥＡＫは導電体２０ａの円周方向のＲＦ電流の経路を遮り、電流がより複雑な経路で流れるようにするギャップであり、
２ＨＷＡＬＬ≦ＧＢＲＥＡＫ≦２ＲＰＡＴＴＥＲＮ
を満たす。ここで、ＨＷＡＬＬは誘電体の窓の厚さである。従って、図１Ｄに示すように、ギャップの幅は、パフォーマンスのパラメータにより決められる所定の最小値ＧＭＩＮから、例えばパターン３０の直径といった幾何学的な制限により決められる所定の最大値ＧＭＡＸまで様々である。
【００２７】
誘導素子２０の効率を上げるために、複数のループを使用することができる。一般的には２重から４重で十分であるが、４重以上でも効果的な場合もある。このような誘導素子の誘導電圧は全体の大きさに対して適度に増加し、ループの数またはパターンの数がより多くなる全体のサイズに強く依存する。誘導電圧と作動周波数とＲＦ電流の間には比例関係がある。
【００２８】
当業者には一般に知られた原理に従って、誘導素子２０は、インピーダンスマッチングネットワーク１７を通してＲＦ電力ジェネレータ１８に接続される。より高いＲＦ電力が適用される場合には、誘導素子は水冷式で冷却されることが望ましい。
【００２９】
誘導素子２０に対して、プラズマ密度分布についての上述の構造を使用した例を、図２，３，４，５，６に載せる。例えば図２に図示するように、誘導素子２０ｄは図１Ａの２０ａの配置と同様ではあるが、カットアウト３０は５０％多く、６つのセグメントを与えている。図２Ａは、２重と４重に重ねられたループに対する誘導素子２０ｄの出力密度分布を示す。図２Ｂには、誘導素子２０ｄを備えた場合に生成されるプラズマの出力分布が、重ねられたループ数が異なる場合について示されている。ループを２重から４重にした場合には、同じ６つのセグメントの誘導素子を使用しているので、全体の分布は変化しないが、最高出力密度は、２．５Ｗｃｍ−２から８．５Ｗｃｍ−２に増加する。図に示された従来技術の４つのターンの低プロファイルのコイルと、誘導素子２０を比較すると、プラズマの出力密度分布は、従来技術の低プロファイルのコイルの場合よりもより大きく効果的な半径を有している。
【００３０】
図４Ａから４Ｃには、プラズマに付与される出力密度分布の更なる例を示す。図３Ａから３Ｃの誘導素子２０ｅ−２０ｇは、図４Ａの素子２０ａと類似しているが、異なるカットアウトパターンを有する。これらの実施例は、特に、分布の有効半径の制御の仕方が如何にパターンの幾何学構造の違いにより影響を受けるのかを示す。それぞれの場合について半径方向の出力密度分布を方位角方向にスキャンしたものを図４Ｅに示す。図４Ｅにおいては、従来技術の低プロファイルのコイルとの比較も行われている。更に複雑な２重の半径パターンを有する誘導素子２０ｈは図３Ｄに示され、そのプラズマ分布は図４Ｄに示され、半径方向の分布を方位角方向にスキャンしたものを同様に図４Ｅに示す。
【００３１】
誘導素子２０ｅのパラメータと条件は、４つのセグメント、２重ループ、１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの周波数、内側の半径パターンである。誘導素子２０ｆのパラメータと条件は、６つのセグメント、２重ループ、１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの周波数、中間の半径パターンである。誘導素子２０ｇのパラメータと条件は、８つのセグメント、２重ループ、１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの周波数、外側の半径パターンである。そして、誘導素子２０ｈのパラメータと条件は、６つのセグメント、２重ループ、１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの周波数、２重の半径パターンである。
【００３２】
図１Ｂに示した円筒状の誘電体の壁１６ｂに対しても、様々な誘導素子２０ｂを備えることによって、同様に実施することができる。ここで、誘導素子１６ｂは円筒状の表面を有し、強力なＲＦ磁場４１ｂを発生させる。円錐や、図１Ｃの球形といった他のどんな幾何学構造に対しても、同様のアプローチが使用できる。導電体２０ｃは、誘電体の壁１６ｃの周りに重なるように巻かれ、真空チャンバ１２内部に強力なＲＦ磁場４１ｃを発生させる。
【００３３】
重ねられた配置においては、異なるループの個々のパターン３０の形は、低アスペクト比の導電体を作り出すように調節され、誘電体の壁１６からの距離は同じであるが、誘導素子２０の中心軸からの半径方向の距離は異なるようにできる。図５、５Ａに示された誘導素子２０ｉは、窓１６ｄに対して配置された３つのループ４４ａ−４４ｃを有する。６つのセグメントを有する誘導素子２０ｉの場合には、ループ４４ｂはループ４４ａに関して６０度回転され、内側の細いセグメント４５ａ及び４６ａを作り出す。セグメント４５ａ，４５ａは、同一半径上に位置するが、異なるループから成る。同様に、誘導素子２０ｉの外側の細いセグメント４５ｂ及び４６ｂは、同一だがより大きい半径上に位置し、異なるループから成る。第３のループ４４ｃは、導電体２０ｉの高いアスペクト比の部分の内側と外側の端の両方にカットアウトパターン有する。それによって、細いセグメント４７は、中間の半径上に作られる。ループ４４ａ−４４ｃは接続部４８によって直列に接続される。当業者に知られた原理に従って、素子２０ｉはマッチングネットワーク１７を通して、ＲＦジェネレータ１８からパワーを供給される。
【００３４】
結果として、誘導素子２０ｉに対するＲＦ出力密度分布は、図５Ｂ及び５Ｃに示すように、３つの異なる半径上に位置し、垂直軸に対して６０度回転した多重ピークを有する。この分布は、幅に対して強度がほぼ一定のピークを有する広範囲の環状プロファイルを表している。直径が３００ｍｍであるこのような誘導素子２０ｉから見積もられるインダクタンスは、０．８１マイクロヘンリーである。低アスペクト比の導電体の線４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７の幅は、チャンバでの所望のプラズマ密度分布を制御し調整するように、半径方向上に決定される。本発明の原理を利用してプラズマに増大されたパワーを付与する強度と配置に影響を与えるような幾何学構造の設計には、広範な柔軟性がある。二つのループの間に生じるギャップは、数ｍｍから略２０ｍｍの範囲である。プラズマに到達する最大出力を与えるため、細いセグメントは誘電体の窓に近いほうがよいので、重ねられた配置において距離が開いてしまったループは、窓に向かってステップ５０が形成されることが望ましい。半径方向のバリエーションより類推して、異なるループの個々のパターンの形状を、中心からほぼ同じまたは異なる半径方向の距離にあるが、異なるループ間において方位角方向には異なる位置にあるように調節することができる。
【００３５】
図６は、誘導素子２０ｊを使用した図１Ｃの半球形チャンバ壁１６ｃの他の実施例を示す。誘導素子２０ｊは、上述の実施例で説明したバリエーションで設計された２層以上の層を有していても良い。図においては、素子２０ｊは２層であり、第一ループの構造５１はチャンバ壁１６ｃに近く、第二ループの構造５２は第一ループに対して回転され、方位角方向に対して多重であり、誘電体の壁１６ｃに重なるように配置された導電体を作り出している。円形のカットアウト部分３０ｊは使用されていない。アンテナの導電体におけるＲＦ電流は矢印５５で示されている。導電体２０ｊに対する出力密度分布は、図６Ａに、１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの周波数の場合について示されている。
【００３６】
本発明の実施例は、（ａ）プラズマに付与される空間的に分布したＲＦ出力、（ｂ）半径方向、及び／又は方位角方向のプラズマの一様性の改善、（ｃ）単一のＲＦ供給源からの出力、（ｄ）広範囲プラズマ源の応用、（ｄ）低インダクタンス、（ｅ）どのような広範囲出力分布をも調整できる柔軟性のある設計を有するという利点を提供する。
【００３７】
本発明は、模範的な実施例によって説明された。当業者は、個々に説明された本発明の特徴に対する追加、削除及び修正を、本発明の原理から逸脱することなく、行うことが可能であるということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の原理による誘導素子の代表的な長さを示すＩＣＰプロセス装置の一部の部分切開斜視図である。
【図１Ａ】本発明の実施例による４つのセグメント、１重のループ、一般的な平面の誘導素子を有する図１の装置の実施例を例示する部分切開斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の他の実施例による８つのセグメント、２重ループ、一般的な円筒状の誘導素子を有する図１Ａに類似するＩＣＰ装置の実施例を例示する部分切開斜視図である。
【図１Ｃ】本発明の他の実施例による４つのセグメント、一般的な球形の誘導素子を有する図１Ａと図１Ｂに類似するＩＣＰ装置の実施例を例示する部分切開斜視図である。
【図１Ｄ】パフォーマンスとプロセスに関するパラメータによって変化する最小のギャップ幅と、幾何学構造上の制限により決定される最大のギャップ幅を例示する図１Ａ−図１Ｃの実施例の共通な特徴の詳細の拡大図である。
【図２】図１Ａの実施例と類似する６つのセグメントの誘電素子の上面図である。
【図２Ａ】４重と２重のループを有する図２の素子の実施例のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【図２Ｂ】ＲＦ磁場の出力密度の半径方向分布を方位角方向にスキャンしたものを、従来技術の４つのターンの低プロファイルコイルと、それぞれ２重、３重、４重のループを有する本発明の実施例による６つの誘導素子とについて比較したグラフである。
【図３Ａ】「内側」の配置パターンのセグメント化された誘導素子の図２に類似する他の実施例の上面図である。
【図３Ｂ】「中間」の配置パターンのセグメント化された誘導素子の図２に類似する他の実施例の上面図である。
【図３Ｃ】「外側」の配置パターンのセグメント化された誘導素子の図２に類似する他の実施例の上面図である。
【図３Ｄ】「２重」の配置パターンのセグメント化された誘導素子の図２に類似する他の実施例の上面図である。
【図４Ａ】６つのセグメント、２重のループ、１０アンペアの電流と１３．５６ＭＨｚの励起周波数の場合の図３Ａの素子の実施例のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【図４Ｂ】６つのセグメント、２重のループ、１０アンペアの電流１３．５６ＭＨｚの励起周波数の場合の図３Ｂの素子の実施例のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【図４Ｃ】６つのセグメント、２重のループ、１０アンペアの電流と１３．５６ＭＨｚの励起周波数の場合の図３Ｃの素子の実施例のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【図４Ｄ】６つのセグメント、２重のループ、１０アンペアの電流と１３．５６ＭＨｚの励起周波数の場合の図３Ｄの素子の実施例のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【図４Ｅ】ＲＦ磁場の出力密度の半径方向分布を方位角方向にスキャンしたものを、従来技術の４つのターンの低プロファイルコイルと、図３Ａ−図３Ｄの実施例による誘導素子とについて比較したグラフである。
【図５】３重に垂直方向に重ねられたループと６つのセグメントを有し、同一平面上にあり、半径方向に低アスペクト比で分布された導電体を有するセグメント化された誘導素子の他の実施例の図２に類似した上面図である。
【図５Ａ】図５の誘導素子の部分切開斜視図である。
【図５Ｂ】１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの励起周波数及び略０．８１マイクロヘンリーのインダクタンスの場合の、図５及び図５Ａの誘導素子のプラズマ表面におけるＲＦ磁場の出力密度分布である
【図５Ｃ】図５及び図５Ａの誘導素子のＲＦ磁場の出力密度の半径方向の分布を方位角方向にスキャンした図である。
【図６】本発明の原理による２重ループで半球形のセグメント化された誘導素子の斜視図である。
【図６Ａ】１０アンペアの電流、１３．５６ＭＨｚの励起周波数の場合の図６の誘導素子のＲＦ磁場の出力密度分布である。
【符号の説明】
【００３９】
１２  チャンバ
１４  ウェーハ
１５  プラズマ
２０  誘導素子
３０  カットアウト
３１，３２，３３，３４，３５  セグメント
４０  ループ
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
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