(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバに結合されるプラズマ源であって、前記プラズマ源は、
第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントと、
前記コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルと、
前記コアエレメントの第２部分の周囲に配設された環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックとを備え、前記環状プラズマ生成容積は、
前記第１軸に沿って位置決めされた第１の点で前記第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称な第１領域を含み、前記第１領域は、
前記第１軸に平行な方向の幅、並びに前記第１軸から垂直な方向の奥行きを有し、前記第１領域の前記幅は、前記第１軸上に位置決めされた前記第１の点からの前記奥行きが増大するにつれて、増大し、
前記垂直軸の１つと内壁との交点に配置された中心点を有し、前記中心点は前記第１軸上に位置決めされた前記第１の点からの第１の奥行きであり、
一又は複数の前記内壁上の第１の場所と第２の場所との間の第１の幅を有し、前記第１の幅は前記第１軸に平行で、前記第１の幅は前記第１軸上に位置決めされた前記第１の点からの第２の奥行きであり、
前記第２の奥行きと前記第１の奥行きとの間の距離に広がる第３の奥行きを有し、前記第１の幅は前記第３の奥行きよりも少なくとも３倍大きく、前記第１の幅は前記環状プラズマ生成容積の最大幅である、
プラズマ源。
【請求項２】
前記第１の幅は、前記第３の奥行きよりも少なくとも５倍大きい、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記第１領域の前記幅は、前記第１領域の前記奥行きが増大するにつれて、一定の勾配で増大する、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記環状プラズマ生成容積は、前記コアエレメントに対する前記第１領域よりも前記コアエレメントから遠く離れている第２領域を更に備える、請求項３に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記第１領域及び前記第２領域は、前記環状プラズマ生成容積の実質的にすべてを形成する、請求項４に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記第１領域の前記幅は、前記第１領域の前記奥行きが増大するにつれて、一定に変化する勾配で増大する、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記環状プラズマ生成容積は、前記第１軸と共線な中心軸の周囲に配設される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記第１領域は前記コアエレメントを取り囲む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記第１領域は、前記環状プラズマ生成容積の少なくとも３分の１の容積を含む、請求項８に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
処理チャンバに結合されるプラズマ源であって、前記プラズマ源は、
第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントと、
前記コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルと、
前記コアエレメントの第２部分の周囲に配設された環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックとを備え、
前記環状プラズマ生成容積は、前記第１軸に沿って位置決めされた第１の点で前記第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称な第１領域であって、前記第１軸に平行な方向に幅、並びに前記第１軸から垂直な方向に奥行きを有する第１領域を含み、
前記第１領域は、前記内壁の１つの上の第１の場所から第２の場所へ延在する曲面、並びに前記第１の場所と前記第２の場所との間の前記第１軸に平行に延在する第１の幅を有する境界線によって画定され、
前記垂直軸の１つに沿って配置された前記曲面上の点は、前記垂直軸の１つに沿っていない位置に配置された前記曲面上の点よりも、前記第１軸上の前記第１の点に近く、
前記垂直軸の１つに沿った前記曲面上の中心点から前記境界線までの距離は、第１領域の奥行きであり、前記第１の幅は前記第１領域の奥行きの少なくとも３倍であり、前記第１の幅は前記環状プラズマ生成容積の最大幅であり、
前記環状プラズマ生成容積は、前記第１軸に対する前記第１領域よりも、前記第１軸から遠く離れている第２領域をさらに含む、プラズマ源。
【請求項１１】
前記第１の幅は、前記第１領域の奥行きよりも少なくとも５倍大きい、請求項１０に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
前記第２領域は、前記第１領域に隣接する、請求項１１に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
前記第１領域は、前記コアエレメントを取り囲む、請求項１０に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記第１領域は、前記環状プラズマ生成容積の少なくとも３分の１の容積を含む、請求項１３に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
処理チャンバに結合されるプラズマ源であって、前記プラズマ源は、
第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントと、
前記コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルと、
前記コアエレメントの第２部分の周囲に配設された環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックとを備え、
前記環状プラズマ生成容積は、前記コアエレメントを取り囲む第１領域であって、前記第１軸に沿って位置決めされた第１の点で前記第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称な第１領域を含み、
前記第１領域は、前記内壁の１つの上の第１の場所から第２の場所へ延在する曲面、並びに前記第１の場所と前記第２の場所との間の前記第１軸に平行に延在する第１の幅を有する境界線によって画定され、
前記垂直軸の１つに沿って配置された前記曲面上の点は、前記垂直軸の１つに沿っていない位置に配置された前記曲面上の点よりも前記第１の点に近く、
前記垂直軸の１つに沿った前記曲面上の中心点から前記境界線までの距離は、第１領域の奥行きであり、前記第１の幅は前記第１領域の奥行きの少なくとも３倍であり、前記第１の幅は前記環状プラズマ生成容積の最大幅であり、
前記環状プラズマ生成容積は、前記第１軸に対する前記第１領域よりも、前記第１軸から遠く離れている第２領域をさらに含み、前記第１領域及び前記第２領域は、前記環状プラズマ生成容積の実質的にすべてを形成する、プラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  記載の実施形態は概して、プラズマ処理システム、並びにプラズマ処理システムでのプラズマの均一性を制御するための材料及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  プラズマ処理チャンバは通常、エッチングプロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなどの様々な電子デバイス製造プロセス、及び基板上での電子デバイスの製造に関連する他のプロセスで利用される。しかしながら、時には、基板を処理するチャンバ内でプラズマを生成することが望ましくない、或いはコスト効率がよくないことがある。このような場合には、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）が使用可能である。
【０００３】
［０００３］  従来のＲＰＳ設計は伝統的に、プラズマ生成領域の一部を取り囲む閉じられた磁気透過性コアの周囲に巻きつけられた巻線を有する閉ループＲＦ源構成を使用する。近年、開ループＲＦ源構成が開発されてきている。開ループＲＦ源構成は、磁気透過性コアの周囲に巻きつけられた巻線を有する磁気透過性の線形ロッドなど、磁気透過性コアを取り囲む環状処理容積を使用する。開ループ設計は、磁気透過性コアの周囲３６０度にプラズマを生成できる利点を有しており、これによって閉ループ設計に対して効率を高めることができる。
【０００４】
［０００４］  開ループ設計は利点を有するが、プラズマの均一性という目標を実現することは困難となりうる。例えば、第１水平方向に延在する線形の磁気透過性コアを取り囲む環状プラズマチャンバを使用する開ループ設計では、ＲＰＳ内のプラズマ密度は、当該の第１水平方向にスキューされた一又は複数のピークを有しうる。プラズマ密度が中心を有していない、或いは環状プラズマチャンバの中心に対して水平方向にわたり均一でない場合には、プラズマ含有ガス又はラジカル含有ガスが処理チャンバに均一に供給されず、処理チャンバ内で処理される基板上で実現される処理結果に不均一性を生み出す。更に、ＲＰＳハードウェアの構成に対する小さな調整、例えば、プラズマチャンバに対するコイルの位置の調整などが施されると、水平方向のプラズマ密度の均一性が劇的に変化することがしばしば観測された。
【０００５】
［０００５］  そのため、プラズマチャンバ内のプラズマの均一性を改善する開ループＲＦ源構成に対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］  開示されている実施形態は概して、プラズマ処理システム、並びにプラズマ処理システムでのプラズマの均一性を制御するための材料及び装置に関する。一実施形態では、処理チャンバに結合されたプラズマ源が提供される。プラズマ源は、第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントを含む。プラズマ源は、コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルを更に含む。プラズマ源は、コアエレメントの第２部分の周囲に配設された環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックを更に含む。環状プラズマ生成容積は、第１軸に沿って位置決めされた第１の点で、第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称となる第１領域であって、第１軸に平行な方向の幅、並びに第１軸から垂直な方向の奥行きを有する第１領域を含む。第１領域の幅は、第１軸上に位置決めされた第１の点からの奥行きが増大するにつれて、増大する。第１領域は、垂直軸と内壁との交点に配置された中心点を有し、当該中心点は第１軸上に位置決めされた第１の点からの第１の奥行きに位置する。第１領域は、一又は複数の内壁上の第１の場所と第２の場所との間に第１の幅を有し、第１の幅は第１軸に平行で、更に第１の幅は第１軸上に位置決めされた第１の点からの第２の奥行きに位置する。第１領域は、第２の奥行きと第１の奥行きとの間の距離にわたる第３の奥行きを有し、第１の幅は第３の奥行きの少なくとも３倍よりも大きい。
【０００７】
［０００７］  別の実施形態では、処理チャンバに結合されているプラズマ源が提供される。プラズマ源は、第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントを含む。プラズマ源は、コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルを含む。プラズマ源は、コアエレメントの第２部分の周囲に配設される環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックを更に含む。環状プラズマ生成容積は、第１軸に沿って位置決めされた第１の点で、第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称となる第１領域であって、第１軸に平行な方向の幅、並びに第１軸から垂直な方向の奥行きを有する第１領域を含む。第１領域は、内壁の１つの上の第１の場所から第２の場所まで延在する曲面、及び第１の場所と第２の場所との間の第１軸に平行に延在する第１の幅を有する境界線によって、画定される。垂直軸の１つに沿って配置された曲面上の点は、曲面上の点のうち、垂直軸の１つに沿っていない位置に配置された点よりも、第１軸上の第１の点に近い。垂直軸の１つに沿った曲面上の中心点から境界線までの距離は、第１領域の奥行きであり、第１の幅は第１領域の奥行きの少なくとも３倍となる。第２領域は、第１領域よりも第１軸から遠く離れている。
【０００８】
［０００８］  別の実施形態では、処理チャンバに結合されているプラズマ源が提供される。プラズマ源は、第１軸に沿って第１端部から第２端部まで延在するコアエレメントを含む。プラズマ源は、コアエレメントの一又は複数の第１部分の各々の周囲に配設された一又は複数のコイルを更に含む。プラズマ源は、  コアエレメントの第２部分の周囲に配設される環状プラズマ生成容積を少なくとも部分的に取り囲む一又は複数の内壁を有するプラズマブロックを更に含む。環状プラズマ生成容積は、コアエレメントを取り囲む第１領域であって、第１軸に沿って位置決めされた第１の点で、第１軸に垂直な複数の垂直軸の周りに対称な第１領域を含む。第１領域は、内壁の１つの上の第１の場所から第２の場所まで延在する曲面、及び第１の場所と第２の場所との間の第１軸に平行に延在する第１の幅を有する境界線によって、画定される。垂直軸の１つに沿って配置された曲面上の点は、垂直軸の１つに沿っていない位置に配置された曲面上の点よりも、第１軸上の第１の点に近い。境界線に対する垂直軸の１つに沿った曲面上の中心点間の距離は、第１領域の奥行きであり、第１の幅は第１領域の奥行きの少なくとも３倍となる。環状プラズマ生成容積は、第１軸に対する第１領域よりも第１軸から遠く離れている第２領域を含み、第１領域及び第２領域は実質的に環状プラズマ生成容積のすべてを形成する。
【０００９】
［０００９］  本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は添付の図面に示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面は本開示の典型的な実施形態のみを例示しているので、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】１つの実施形態による、処理チャンバに結合されたプラズマ源の等角図である。
【図１Ｂ】１つの実施形態による、図１Ａに示されたプラズマ源の断面図である。
【図１Ｃ】１つの実施形態による、図１Ｂに示されたプラズマ源の一部の拡大図である。
【図２】別の実施形態による、プラズマ源の一部の拡大図である。
【図３】別の実施形態による、プラズマ源の断面図である。
【図４】１つの比較実施形態による、プラズマブロックの断面図である。
【００１１】
［００１６］  理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［００１７］  本開示の実施形態は一般的に、プラズマ源のプラズマ発生領域内に均一なプラズマを生成することができるプラズマを提供し、処理又はハードウェアのコストを大幅に増大させることなく、基板を処理する、より大きな処理ウィンドウを作成する。
【００１３】
［００１８］  図１Ａは、１つの実施形態による、処理チャンバ５０に結合されたプラズマ源１００の等角図である。プラズマ源１００は、ラジカル及び／又はイオンを含有するプラズマを処理チャンバ５０に供給するように使用可能である。処理チャンバ５０は、処理中に基板が内部に留まる処理領域５８（図１Ｂ）を取り囲むチャンバリッド５５及びチャンバ本体５６を含みうる。プラズマ源１００は、プラズマブロック１５０に結合されたドーム部分１０４を含む。処理チャンバ５０に供給されるプラズマは、プラズマブロック１５０内に生成されうる。プラズマ形成に使用されるガスは、ガス注入口１０６を経由して、プラズマブロック１５０の環状プラズマ生成容積１５８（図１Ｂ）に供給されうる。サイドカバー１２１、１２２などのサイドカバーは、プラズマブロック１５０の環状プラズマ生成容積１５８を取り囲む。幾つかの実施形態では、サイドカバー１２１、１２２はまた、プラズマ源１００の一又は複数の構成要素の温度を調節するために使用される冷却プレートとしても機能する。
【００１４】
［００１９］  プラズマ源１００は、誘導結合プラズマを生成するための開ループ構成を使用する。開ループ構成は、開口部１５０Ａを経由してプラズマブロック１５０内に延在する磁気透過性コアエレメント１３０を含む。コアエレメント１３０は、円筒又は棒の形状を有しうる。ここでは、コアエレメント１１３０は円筒として説明しているが、コアエレメント１１３０の断面形状は、非円形又は非円筒形で、例えば、正方形、六角形、長方形、或いは整形か不整形かを問わず他の任意の所望の形状であってもよい。コイル１４０Ａ、１４０Ｂは、Ｘ方向に延在するプラズマブロック１５０のいずれかの側のコアエレメント１３０の周囲に巻きつけられうる。コイル１４０Ａ、１４０Ｂは、ＲＦ電力などの電力がコイル１４０Ａ、１４０Ｂに供給されると、磁場を生成する。図１Ａは、ＲＦ電源１４２に接続されたコイル１４０Ａ、１４０を示す。幾つかの実施形態では、コイル１４０Ａ、１４０Ｂは、プラズマブロック１５０の前に示したジャンクションボックス１４５など、一又は複数のジャンクションボックスを介して、電気的に接続されうる。図１Ａに示すように、コアエレメント１３０は、Ｘ方向の第１軸１３５に沿って、長さ方向に延在する。したがって、コイル１４０Ａ、１４０Ｂは、磁場がプラズマブロック１５０を通過するとき、Ｘ方向に実質的に揃えられた磁場を生成することができる。コイル１４０Ａ、１４０Ｂが励起されると、コアエレメント１３０は、Ｘ方向のコアエレメント１３０の一方の端部から反対側の端部までコアエレメント１３０の周囲に延在する磁場内で磁化され、これにより、コアエレメント１３０及び環状プラズマ生成容積１５８を通る磁場は、実質的にＸ方向に揃えられる。これらの磁場は、プラズマブロック１５０内のガスと相互作用し、プラズマを生成する。プラズマブロック１５０は、コイル１４０Ａ、１４０Ｂが励起されると内部にプラズマが生成される環状プラズマ生成容積１５８（図１Ｂ参照）を含む。
【００１５】
［００２０］  一態様では、コアエレメント１３０は、高透磁率（高μ）のロッド又はチューブ、例えばフェライトロッドを含むが、結合構造に応じた他の磁性材料であってもよい。コアエレメント１３０が形成される磁性材料は、一般的に以下の特性を有する。１）高印加周波数で低いコア損失密度、２）高いキュリー温度を有し、また、３）高いバルク抵抗を有する。一般的に、コアエレメント１３０は、一又は複数のコイル（例えば、コイル１４０Ａ、１４０Ｂ）を通るＲＦ電流の流れによって生成場（例えば、磁場）が選択的に流れる経路を提供するために使用可能な、任意の材料から形成されうる。一実施形態では、コアエレメント１３０は、フェライト含有エレメントを含む。ここでは、「フェライトエレメント」及び「フェライト材料」という用語を使用したが、これらの用語は本開示の範囲を限定することを意図するものではない。また、一実施形態では、コアエレメント１３０は、図１Ａに示したＸ軸に一致する第１軸１３５など、中心軸の周りに揃えられた小さな直径の円筒の束を備える。
【００１６】
［００２１］  上述のように、従来のトロイダル又はＲＰＳ設計で明らかになった材料適合性の問題を回避するため、プラズマブロック１５０（並びに以下で述べるプラズマブロック２５０）は、環状プラズマ生成容積１５８内に形成されるガスラジカル又はイオンと、或いは反応性プロセスガスと反応しない材料から選択的に形成される。一般的に、プラズマブロック１５０は、コアエレメント１３０の周りに対称となる形状で形成され、プラズマ化学物質によってかなり攻撃されにくく、プラズマによって発生する熱を熱交換装置に伝える高い熱伝導度を有する材料を含む。一実施形態では、プラズマブロック１５０は、指定された対称形に形成される高い熱伝導度の誘電体材料を含む。固体誘電体材料を含むプラズマブロック１５０は、従来の設計に対して多くの利点を有するが、これは、この種のプラズマブロックが、従来のＲＰＳ設計ではよく見られる被覆の欠陥や起こりうる損傷を防ぐためである。幾つかの実施形態では、プラズマブロック１５０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、石英、又は他の同様な材料から作られる。一実施形態では、プラズマブロック１５０は、約２インチの厚み（すなわち、図１ＡのＸ方向）の窒化アルミニウム材料から作られる。
【００１７】
［００２２］  図１Ｂは、コアエレメント１３０の第１軸１３５を通るＸ−Ｙ平面（図１Ａ参照）に沿ってプラズマ源１００を切断することによって形成される、図１Ａのプラズマ源１００の断面図である。
【００１８】
［００２３］  図示したように、プラズマブロック１５０は、そこで形成される環状プラズマ生成容積１５８を含む。環状プラズマ生成容積１５８は、一般的にコアエレメント１３０の周囲に形成される。環状プラズマ生成容積１５８は、以下でより詳細に説明される様々な形状の断面積を有することができる。幾つかの実施形態では、環状プラズマ生成容積１５８は、環状プラズマ生成容積の所定の断面がコアエレメント１３０の周囲３６０度にわたって実質的に同じである、実質的なトロイダル形状を有する。
【００１９】
［００２４］  コアエレメント１３０は、第１軸１３５に沿って第１端部１３１から第２端部１３２まで延在する。第１軸１３５は、コアエレメント１３０の中心軸になりうる。更に、環状プラズマ生成容積１５８は、第１軸１３５の周囲に対称に配設されうる。例えば、環状プラズマ生成容積１５８は、第１軸１３５と共線な中心軸を有しうる。
【００２０】
［００２５］  コイル１４０Ａ、１４０Ｂは、コアエレメント１３０のそれぞれの第１部分１３３の周囲に配設されうる。コアエレメント１３０は一般的に、プラズマブロック１５０の内壁１５５の近傍のプラズマブロック１５０の一部を通って配設される。コアエレメント１３０は、第１軸１３５上の第１の点１３７を更に含む。第１の点１３７は、プラズマブロック１５０及び／又は環状プラズマ生成容積１５８が周囲に配設される中心点に対応しうる。更に、第１の点１３７は、コアエレメント１３０の中心に対応しうる。
【００２１】
［００２６］  プラズマブロック１５０は、一又は複数の内壁１５５を含む。一又は複数の内壁１５５は、環状プラズマ生成容積１５８を少なくとも部分的に取り囲み、これを画定する。これは、内壁１５５によって大部分が取り囲まれうる環状プラズマ生成容積１５８であるが、プラズマブロック１５０は一般的に、それぞれガスを受け取り、処理チャンバ５０にプラズマを供給する開口部１５８Ａ及び１５８Ｂを含む。環状プラズマ生成容積１５８は、コアエレメント１３０の第２部分１３４の周囲に配設される。
【００２２】
［００２７］  幾つかの構成では、環状プラズマ生成容積１５８は、第１の点１３７で第１軸１３５に垂直な複数の垂直軸１３６の周りに対称となる第１領域１６０を含む。これらの垂直軸１３６は、第１の点１３７の周囲３６０度にわたって配設されうる。断面図が第１の点１３７を通るＹ−Ｚ平面で取られた場合には、複数の垂直軸１３６はすべて見ることができる。図１ＢのＸ−Ｙ平面では、２本の垂直軸１３６しか表示されていない（すなわち、第１軸１３５から上方に延在する１本の垂直軸と第１軸１３５から下方に延在する１本の垂直軸）。環状プラズマ生成領域１５８の第１領域１６０は、コアエレメント１３０に最も近い領域である。幾つかの実施形態では、第１領域１６０はコアエレメント１３０を取り囲み、その結果、軸１３５の周囲３６０度にわたって延在する。他の実施形態では、第１領域１６０は、コアエレメント１３０の少なくとも７５％、少なくとも９０％など、コアエレメントの大部分の周囲に配設されている。環状プラズマ生成容積１５８は、第１領域１６０よりもコアエレメント１３０から遠く離れている第２領域１７０を更に含む。第２領域１７０は、複数の垂直軸１３６の周りに対称であってもよく、対称でなくてもよい。幾つかの実施形態では、第１領域１６０及び第２領域１７０は、環状プラズマ生成容積１５８の実質的にすべてを、例えば環状プラズマ生成容積１５８の少なくとも９０％を形成する。
【００２３】
［００２８］  図１Ｂを参照すると、幾つかの実施形態では、処理チャンバ５０は、プラズマ源１００の開口部１５８Ｂを経由して受け取ったプロセスガスの流れを分散するように構成されているバッフルプレート６０、又はシャワーヘッドを含む。バッフルプレート６０は、処理チャンバ５０の処理領域５８内のバッフルプレート６０の下に配設された基板（図示せず）の表面に、プロセスガスの流れを均等に分布させるように構成された複数のポート６１を含みうる。しかしながら、環状プラズマ生成容積１５８内に形成されるプラズマの分布は、バッフルプレート６０を経由して処理領域５８に供給されるラジカル及び／又はプラズマの分布に影響を及ぼすことが明らかになっている。すなわち、環状プラズマ生成容積１５８内のプラズマ分布は、バッフルプレート６０の種々の領域を通るプラズマ又はラジカルの濃度（例えば、プロセスガスのＸ−Ｚ平面分布の均一性）に影響を及ぼすことが明らかになっている。したがって、幾つかの実施形態では、プラズマ源のプラズマ発生領域内でプラズマを生成し、処理領域５８内に配設された基板の表面にプロセスガスのより均一な分布をより良く提供することができるプラズマ源が必要となっている。
【００２４】
［００２９］  図１Ｃは、図１Ｂから見たコアエレメント１３０の第２部分１３４及びコアエレメント１３０上方の環状プラズマ生成容積１５８の拡大図である。第１領域１６０は、第１軸１３５に平行な方向の幅Ｗ、及び第１軸１３５から垂直な方向の奥行きＤを有する。第１領域１６０は、垂直軸１３６の１つと内壁１５５との交点に位置する中心点１５５Ｃを更に含む。中心点１５５Ｃは、第１軸１３５上の第１の点１３７からの第１の奥行き１６０Ｄ１に位置する。中心点１５５Ｃは、環状プラズマ生成容積１５８の所定の断面で、第１軸１３５に最も近い点である。第１領域１６０の幅は、第１軸１３５上の第１の点１３７からの奥行きが増大するにつれて、中心点１５５Ｃでの幅から更に増大する。その結果、この実施形態では、第１領域１６０の幅は中心点１５５Ｃで最も狭く、例えば、第２の奥行き１６０Ｄ２（すなわち、第１領域１６０と第２領域１７０との境界）で最も広くなる。第１の幅１６０Ｗ１は、一又は複数の内壁１５５に沿った対向する点で、第１の場所１５５１と第２の場所１５５２との間に延在する。図１Ｃに示した実施形態などの実施形態では、第１領域１６０は、曲面１５６、並びに一又は複数の内壁１５５上で第１の場所１５５１と第２の場所１５５２との間に配設される境界線１６２を有するコアエレメント１３０に最も近い内壁１５５によって画定されうる。境界線１６２は仮想線を意味し、環状プラズマ生成容積１５８のいかなる物理的な部分も表わしていない。幾つかの実施形態では、境界線１６２は、第１領域１６０と第２領域１７０との間の分割境界線である。幾つかの実施形態では、曲面１５６は少なくとも１つの点、例えば、第１軸１３５を含む切断面（例えば、図１Ｂに示したＸ−Ｙ平面又は図１Ｃに示したＷ−Ｄ平面）を使用して曲面１５６を見るときに形成される、曲面１５６上の他の任意の点よりも第１軸１３５上の第１の点１３７に近い中心点１５５Ｃを含む。
【００２５】
［００３０］  上述のように、コイル１４０Ａ、１４０Ｂが励起されると、コアエレメント１３０は、図１Ｃで幅方向Ｗとして示されるＸ方向に実質的に揃えられた磁場を生成する。磁化されたコアエレメント１３０によって生成された磁場は、コアエレメント１３０の外表面からの距離が増大する（すなわち、＋Ｄ方向）につれて減少する強度を有する。その結果、環状プラズマ生成容積１５８を通る磁場の最強磁場強度が、コアエレメント１３０に最も近い第１領域１６０の部分に見出される。強い磁場は、環状プラズマ生成容積１５８内に、弱い磁場を有する領域よりも高いプラズマ密度を生成することができる。したがって、コアエレメント１３０に最も近い第１領域１６０の部分に、環状プラズマ生成容積１５８内で最も濃いプラズマが生成される。図１Ｃに示したように、コアエレメント１３０に最も近い第１領域１６０の部分は、垂直軸１３６の近くに中心を有し、垂直軸１３６から＋Ｗ及び−Ｗ方向に離れた第１領域１６０の部分は、コアエレメント１３０からも離れている。図１Ｂを参照すると、プラズマブロック１５０の上方部分のプラズマＰは、幅方向Ｗに中心を有するプラズマをより理解しやすくするため、幅方向Ｗの中心に示されている。
【００２６】
［００３１］  Ｗ方向の中心領域がコアエレメントに最も近い部分ではない断面を有する環状プラズマ生成容積１５８は、Ｗ方向に空間的に均一でないプラズマを生成する。たとえば、長方形又は丸みを帯びた長方形の断面を有する環状プラズマ生成容積は、空間的に均一なプラズマの生成に問題を提示する。いかなる特定の理論に制限されるものではないが、実質的に長方形の断面を通る磁場は、実質的に長方形の断面の隅部の周りにプラズマの高密度領域を生成し、一方、Ｗ方向では実質的に長方形の断面の中心部にやや密度の低いプラズマを生成しうると考えられている。プラズマ生成容積内で、プラズマがＷ方向を中心とする密度分布を有していない（例えば、第１の幅１６０Ｗ１を横断する）場合には、処理チャンバに空間的に均一なプラズマを供給することは困難である。
【００２７】
［００３２］  例えば、図４は長方形の断面を有するプラズマ生成容積４５８を取り囲む内壁４５５を有するプラズマブロック４５０を示している。図４に示すように、プラズマＰは、これらの領域内の熱、電磁場などに起因する任意の非対称の形状により、長方形の断面を有するプラズマ生成容積４５８の隅部の一部では、高い密度で形成される。熱又は電磁場強度の非対称、例えば、磁力線“Ｂ”の非対称などは、プラズマの衝突及び持続の間に、隅部のいずれか１つにプラズマをラッチすると考えられている。これは開ループタイプのプラズマ源設計であるため、プラズマブロック全体にわたって電磁場を一定に保つことは困難で、プラズマブロック４５０内にプラズマスキューを引き起こしうる。すなわち、生成された磁力線“Ｂ”のかなりの部分は、プラズマブロック４５０を直接通過する、或いはその周囲を通過するのではなく、収縮して、開口部１５０Ａ（図１Ａ及び図１Ｃを参照）及びプラズマブロック４５０の下方部分内のプラズマ生成容積の隅部を通過する傾向にある。プラズマ生成容積４５８の隅部の外側に高密度領域のプラズマを有することにより、排出口（例えば、開口部１５８Ｂ（図１Ｂ））を通って処理チャンバに供給されるプラズマ又はラジカルの濃度は同様にスキューされ（例えば、外側エッジ）、均一で一貫性のある基板の処理を妨げる。
【００２８】
［００３３］  図１Ｃの実施形態など、幾つかの実施形態では、第２領域１７０は第１軸１３５に平行な第２の幅を有することがあり、第２の幅１７０Ｗは第１軸１３５（すなわち、奥行き方向Ｄ）に垂直な方向に実質的に一定となる。図２を参照して説明される実施形態など、他の実施形態では、第２領域は奥行き方向Ｄで幅が変化しうる。
【００２９】
［００３４］  第１の幅１６０Ｗ１は、第１軸１３５に平行である。第１の幅１６０Ｗ１は、第１領域１６０の最も広い幅でありうる。第１の幅１６０Ｗ１はまた、第１領域１６０の外側境界の場所に位置しうる。第１の幅１６０Ｗ１は、Ｄ方向の第１の点１３７から第２の奥行き１６０Ｄ２に位置している。図１Ｃに示した実施形態など、幾つかの実施形態では、第１領域１６０の幅Ｗが中心点１５５Ｃから増大するにつれて、Ｗ−Ｄ平面内の面１５６の接線は、第１軸１３５の第１領域１６０の奥行きがＤ方向に増大するにつれて一定に変化する勾配（すなわち、曲面）など、変化する勾配を有する。第１領域１６０の奥行きは、第２の奥行き１６０Ｄ２と第１の奥行き１６０Ｄ１との間の距離に広がる、第３の奥行き１６０Ｄ３である。幾つかの実施形態では、第１の幅１６０Ｗ１は第３の奥行き１６０Ｄ３の少なくとも３倍より大きい。他の実施形態では、第１の幅１６０Ｗ１は第３の奥行き１６０Ｄ３の少なくとも５倍より大きい。幾つかの実施形態では、第１領域１６０は環状プラズマ生成容積１５８の少なくとも３分の１の容積を有する。図１から図３の環状プラズマ生成領域（例えば、環状プラズマ生成領域１５８）には、鋭角な隅部が示されているが、高い応力集中を回避するためフィレット半径部又は面取り部があってもよい。
【００３０】
［００３５］  第１領域１６０の奥行きは、境界線１６２に対する垂直軸１３６の１つに沿った曲面１５６上の中心点１５５Ｃの間の距離である、第１領域の奥行き（第３の奥行き１６０Ｄ３に同じ）として記述されることもある。幾つかの実施形態では、第１の幅１６０Ｗ１は、第１領域の奥行きの少なくとも３倍になりうる。他の実施形態では、第１の幅１６０Ｗ１は、第１領域の奥行きの少なくとも５倍になりうる。
【００３１】
［００３６］  第１領域１６０  （すなわち、コアエレメントに最も近い環状プラズマ生成容積の領域で、第１領域は、コアエレメントからの距離が増大するにつれて増大する幅を有する）の幅（Ｗ方向）を第１領域１６０の奥行き（Ｄ方向）よりも大幅に長くすることにより、環状プラズマ生成容積１５８内に生成されるプラズマが、環状プラズマ生成容積１５８の過度に狭い部分に閉じ込められることを防止する。上述のように、コアエレメント１３０で生成される磁場の強度は、コアエレメント１３０からの距離が増大するにつれて減少する。したがって、環状プラズマ生成容積に、奥行き（例えば、図１Ｃの第３の奥行き１６０Ｄ３）よりも大きな幅（例えば、図１Ｃの第３の幅１６０Ｗ１）を有する最も近い領域を備える断面を与えることにより、奥行きよりも短い又は奥行きに等しい長さの幅を有する第１領域（すなわち、コアエレメントに最も近い環状プラズマ生成容積の領域）を有する断面と比較したとき、より大きな容積のガスを、また、より中心に位置する容積のガスを、コアエレメント１３０に最も近いより強力な磁場と相互作用させることができる。断面の幅が断面の奥行き以下であるときには、プラズマ生成プロセスは不十分になり、過度に多くのプラズマがコアエレメント１３０に最も近い狭い領域に閉じ込められる。その結果、実質的に円形の断面（すなわち、幅が実質的に奥行きに等しい）を有する環状プラズマ生成容積は、環状プラズマ生成容積の過度に狭い領域に閉じ込めプラズマを生み出す。
【００３２】
［００３７］  図２は、コアエレメント１３０の第２部分１３４の上に配設されたプラズマブロック２５０内の環状プラズマ生成容積２５８の実施形態の拡大図である。環状プラズマ生成容積２５８は、一般的にコアエレメント１３０の周囲に形成される。幾つかの実施形態では、環状プラズマ生成容積２５８はコアエレメント１３０を取り囲むことが可能で、その結果、軸１３５の周囲３６０度にわたって延在する。プラズマブロック２５０は内壁２５５を含む。第１の点１３７で第１軸１３５に垂直な垂直軸１３６（すなわち、Ｘ−Ｙ平面内の第１軸１３５から上方に延在する垂直軸１３６）の１つは、第１軸１３５に最も近い内壁２５５の中心点２５５Ｃと交差しうる。第１軸１３５の第１の点１３７からＹ−Ｚ平面を見た場合（すなわち、環状プラズマ生成容積２５８の完全なリングを示す平面）、各垂直軸１３６は、垂直軸１３６に沿って配置されていない内壁２５５上の点よりも、第１軸１３５上の第１の点１３７に近い点２５５Ｃなど、内壁２５５上の中心点と交差しうる。
【００３３】
［００３８］  環状プラズマ生成容積２５８は、第１領域２６０及び第２領域２７０を含む。環状プラズマ生成容積２５８の第１領域２６０は、コアエレメント１３０に最も近い領域である。第２領域２７０は、コアエレメント１３０に対する第１領域２６０よりも、コアエレメント１３０から離れている。第１領域２６０は、第１の点１３７で第１軸１３５に垂直な複数の垂直軸１３６の周りに対称である。Ｗ−Ｄ平面内での第２領域２７０の断面はまた、垂直軸１３６の周りに対称になりうる。第１領域２６０は、第１軸１３５に平行な方向の幅Ｗ、及び第１軸１３５から垂直な方向の奥行きＤを有する。Ｄ方向（すなわち、垂直軸１３６の１つに沿った第１軸１３５上の第１の点１３７からの方向）の奥行きが増大するにつれて、第１領域２６０の幅は増大する。第１領域２６０の幅は、第１軸１３５上の第１の点１３７からの奥行きが増大するにつれて、一定の勾配で増大しうる。図２などの実施形態など、幾つかの実施形態では、第２領域２７０は第１領域２６０の鏡像でありうる。第１領域２６０は、境界線２６２で第２領域に隣接する。境界線２６２は仮想線を意味し、環状プラズマ生成容積２５８のいかなる物理的な部分も表わしていない。境界線２６２は、１つの内壁２５５上の第１の点２５５１から別の内壁２５５上の第２の点２５５２  まで、環状プラズマ生成容積２５８を横断して延在しうる。境界線２６２は、第１領域２６０及び第２領域２７０の最も広い幅の場所に位置しうる。第２領域２７０の幅は、第１軸１３５上の第１の点１３７からの奥行きが増大するにつれて、一定の勾配で減少しうる。
【００３４】
［００３９］  コアエレメント１３０に最も近い内壁２５６は、コアエレメント１３０に平行になりうる。第１領域内で生成されたプラズマが幅方向Ｗでスキューされるのを防止するため、Ｗ方向の壁２５６の長さは、第１領域２６０の幅（すなわち、第１の点２５５１と第２の点２５５２との間の距離）よりも大幅に短くなければならない。プラズマが幅方向でどのようにしてスキューされるのかについては、図４を参照して更に詳細に議論される。他の実施形態では、第１領域の幅がコアエレメント１３０に最も近い第１領域の一部でゼロに近づくように、２つの内壁は垂直軸１３６に沿った点で交わる。コアエレメント１３０に最も近い第１領域の部分でゼロに近づく第１領域の幅を有することは、第１領域に生成されたプラズマが幅方向Ｗを中心として均一に分布するのを保証するのに役立ちうる。
【００３５】
［００４０］  上述の環状プラズマ生成容積１５８、２５８は、図１Ｂに示した開口部１５８Ｂなどのポートを経由して処理チャンバに供給されるプラズマの空間的な均一性を改善しうる、２つの実施形態を示している。各環状プラズマ生成容積１５８、２５８は、コアエレメントに最も近い第１領域を有し、その第１領域は、コアエレメントからの距離が増大するにつれて増大する幅を有する。コアエレメントからの距離が増大するにつれて増大する幅を有することにより、第１領域で生成されるプラズマを環状プラズマ生成領域の中心に位置させることができる（すなわち、コアエレメントの軸からの垂直軸の１つに沿って中心に集められる）。更に、各環状プラズマ生成容積１５８、２５８は、奥行きよりも長い（すなわち、大きさが大きい）幅の、例えば、第１領域の奥行きの少なくとも３倍の幅の第１領域を有し、これにより、環状プラズマ生成容積内で大きく幅広い容積のガスをコアエレメントの最強の磁場と相互作用させて、プラズマを生成することができる。他の環状プラズマ生成容積も企図されうる。例えば、環状プラズマ生成容積は、上述のように、２つの実質的に直線的な内壁が、コアエレメント１３０の第１軸１３５上の第１の点１３７などの中心点から延在する垂直軸と交差する点で交わる断面形状を含む第１領域を含みうる。更に、上述の実施形態の様々な特徴は、上述の他の特徴と組み合わされてもよく、或いは再編成されてもよい。例えば、曲面１５６などの曲面を備えた第１領域を有する実施形態は、図２に表示された実施形態の第１領域と第２領域が鏡像となった方法と同じように、第１領域の実質的な鏡像である第２の領域を有しうる。また、幾つかの実施形態は、湾曲した内壁に加えて直線的な内壁を含む第１領域を有する。
【００３６】
デュアルプラズマブロック設計
［００４１］  図３は、別の実施形態によるプラズマ源３００の断面図を示す。プラズマ源３００は、２つのプラズマブロック３５０１、３５０２を含む。プラズマブロック３５０１、３５０２は処理チャンバ７０に結合されており、処理チャンバ７０は上述の処理チャンバ５０と同様又は同一であってもよい。図に示すように、各プラズマブロック３５０１、３５０２は、ここで形成された環状プラズマ生成容積３５８１、３５８２を含む。幾つかの実施形態では、プラズマブロック３５０１、３５０２は、Ｘ方向で互いに当接するように位置決めされうる。他の実施形態では、プラズマブロック３５０１、３５０２の間に空間が含まれうる。コアエレメント１３０と同様な磁気透過性コアエレメント３３０は、プラズマブロック３５０１、３５０２を通って延在しうる。コアエレメント３３０は、Ｘ方向で第１軸３３５に沿って、第１端部３３１から第２端部３３２まで延在する。コイル３４０Ａ、３４０Ｂは、プラズマブロック３５０１、３５０２のいずれかの側のコアエレメント３３０の周囲に巻きつけられうる。プラズマブロック３５０１、３５０２の間に空間が含まれる場合には、プラズマブロック３５０１、３５０２の間のコアエレメント３３０の周囲に別のコイル３４０Ｃ（図示せず）が巻きつけられうる。
【００３７】
［００４２］  半導体基板などの基板を処理するときには、一貫性及び均一性を改善するため、プラズマ源３００は別の方法で使用されうる。プラズマ源３００が提供しうる１つの利点は、プラズマブロック３５０１、３５０２のうちの一方を特定の機能専用にすることによって可能になる。例えば、プラズマブロック３５０１は堆積ステップ中に使用されるように専用化可能で、プラズマブロック３５０２は洗浄ステップ中に使用されるように専用化可能である。プラズマブロック３５０２が洗浄ステップ中に使用されるように専用化することで、フッ素ガスなどの強烈な材料がプラズマブロック３５０１の環状プラズマ生成容積３５８１に入ることを防止することができる。フッ素ガスなどの強烈な洗浄材料は、環状プラズマ生成容積３５８１などの環状プラズマ生成容積の内壁から材料の腐食を開始しうる。この腐食は、環状プラズマ生成容積３５８１内に生成されたプラズマの特性を変えることがあり、他の入力を一定に保持するにもかかわらず、堆積などのプロセスの間に、不整合で不均一な結果を引き起こす。
【００３８】
［００４３］  プラズマ源３００の別の利点は、プラズマブロック３５０１、３５０２の同時使用中に現れる。プラズマ源３００はコアエレメント３３０を１つしか含まないため、プラズマブロック３５０１、３５０２内には、プラズマを生成する磁場を作り出す１組のコイル及び１つの磁気透過性物質（すなわち、コアエレメント３３０）しかない。２つ以上のプラズマブロックを使用する以前の設計は、各コアエレメントが別々のコイルの組を有する、２つ以上のコアエレメントを含んでいた。そのため、このような以前の設計は、各プラズマブロックに対して別々のプラズマ源を含んでいた。このような以前の設計では、プラズマ源によって生成された磁場は、他のプラズマ源で生成されたプラズマに影響を及ぼし始めることがある。例えば、このような以前の設計では、２つの基板を同時に処理可能な処理チャンバに関しては、各プラズマ源コードが処理チャンバ内の特定の基板にプラズマを供給するように、プラズマ源は処理チャンバの対向側面に対して専用化することができた。しかしながら、この以前の設計は、必然的に、両基板上で実施される処理に影響を及ぼす結果となり、２つのプラズマ源の間でクロストークを生み出し、基板上で実施される処理の制御を妨げた。逆に言えば、プラズマ源３００では、２つのプラズマブロック３５０１、３５０２、に対してコイル３４０Ａ、３４０Ｂの１組を有する１つのコアエレメント３３０しか存在せず、これによってクロストーク状況の可能性を排除している。
【００３９】
［００４４］  以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【符号の説明】
【００４０】
２    高印加周波数
５０    処理チャンバ
５５    チャンバリッド
５６    チャンバ本体
５８    処理領域
６０    バッフルプレート
７０    処理チャンバ
６１    ポート
１００    プラズマ源
１０４    ドーム部分
１０６    ガス注入口
１２１    スライドカバー
１２２    スライドカバー
１３０    コアエレメント
１３１    第１端部
１３２    第２端部
１３３    第１部分
１３４    第２部分
１３５    軸
１３６    垂直軸
１３７    第１の点
１４０Ａ    コイル
１４０Ｂ    コイル
１４０    コイル
１４２    ＲＦ電源
１４５    ジャンクションボックス
１５０Ａ    開口部
１５０    プラズマブロック
１５５Ｃ    中心点
１５５    内壁
１５６    曲面
１５８Ａ    開口部
１５８Ｂ    開口部
１５８    環状プラズマ生成領域
１６０    第１領域
１６２    境界線
１７０Ｗ    第２の幅
１７０    第２領域
２５０    プラズマブロック
２５５Ｃ  中心点
２５５    内壁
２５６    内壁
２５８    環状プラズマ生成領域
２６０    第１領域
２６２    境界線
２７０    第２領域
３００    プラズマ源
３３０    コアエレメント
３３１    第１端部
３３２    第２端部
３３５    第１軸
３４０Ａ    コイル
３４０Ｂ    コイル
３４０Ｃ    コイル
３５０    ２つのプラズマブロック
４５０    プラズマブロック
４５５      内壁
４５８    プラズマ生成容積
１１３０    コアエレメント
１５５１    第１の場所
１５５２    第２の場所
２５５１    第１の点
２５５２    第２の点
３５０１    プラズマブロック
３５０２    プラズマブロック
３５８１    環状プラズマ生成容積
３５８２    環状プラズマ生成容積
１６０Ｄ１    第１の奥行き
１６０Ｄ２    第２の奥行き
１６０Ｄ３    第３の奥行き
１６０Ｗ１    第１の幅
【図１Ａ】
0006715621.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
0006715621.tif 000006
【図４】
0006715621.tif 000007