(57)【要約】【課題】　基板付近でのプラズマ密度分布を均一に制御できる誘導結合プラズマ発生装置を提供する。【解決手段】　内部が真空状態に保持される反応チャンバと、反応チャンバの上部に設けられて反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナシステムと、アンテナシステムに連結されてアンテナシステムにＲＦパワーを供給する少なくとも１つのＲＦ電源とを備える。前記アンテナシステムは、反応チャンバの上部に隣接して設けられる下部アンテナと、下部アンテナ上に所定間隔離れて設けられる上部アンテナとを備える。そして、下部アンテナと上部アンテナのそれぞれは、反応チャンバ内に装入される基板の縁部に対応する位置に配される外側アンテナと、外側アンテナの内側に所定間隔をおいて配される内側アンテナとからなる。【選択図】　　　図５
2004111960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　その内部が真空状態に保持される反応チャンバと、
　前記反応チャンバの上部に設けられて前記反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナシステムと、
　前記アンテナシステムに連結されて前記アンテナシステムにＲＦパワーを供給する少なくとも１つのＲＦ電源とを備え、
　前記アンテナシステムは、
　前記反応チャンバの上部に隣接して設けられる下部アンテナと、
　前記下部アンテナ上に所定間隔離れて設けられる上部アンテナとを備えることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項２】
　前記上部アンテナは、前記反応チャンバ内に装入される基板の縁部に対応する位置に配されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項３】
　前記上部アンテナは、１つのターンを有する円形の単線コイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項４】
　前記上部アンテナは、少なくとも２つのターンを有するコイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項５】
　前記下部アンテナと上部アンテナとは、１つのＲＦ電源に共に連結されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項６】
　前記下部アンテナと上部アンテナとは、前記ＲＦ電源に並列に連結されることを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項７】
　前記ＲＦ電源と前記下部アンテナ及び上部アンテナとを連結する結合回路にはキャパシタが設けられることを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項８】
　前記下部アンテナと上部アンテナとは、相異なるＲＦ電源に連結されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項９】
　前記下部アンテナは、多数のターンを有する螺旋形コイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１０】
　前記下部アンテナは、同心円状に配されて互いに連結された多数の円形コイルよりなることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１１】
　前記下部アンテナと上部アンテナのそれぞれは、
　前記反応チャンバ内に装入される基板の縁部に対応する位置に配される外側アンテナと、
　前記外側アンテナの内側に所定間隔をおいて配される内側アンテナとよりなることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１２】
　互いに隣接した前記内側アンテナと外側アンテナとを介して流れる電流の方向は互いに反対であることを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１３】
　互いに隣接した前記上部アンテナと下部アンテナとを介して流れる電流の方向は互いに同じであることを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１４】
　２つの単線コイルが上下及び内外側に交互に配されることにより前記上部外側、下部外側、上部内側及び下部内側アンテナをなすことを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１５】
　前記２つの単線コイルのそれぞれは外側と内側の２つのターンを有し、前記外側ターンは前記上部外側と下部外側アンテナそれぞれの半分をなし、前記内側ターンは前記上部内側と下部内側アンテナそれぞれの半分をなすことを特徴とする請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１６】
　前記外側ターンの巻かれる方向と前記内側ターンの巻かれる方向とは互いに反対であることを特徴とする請求項１５に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１７】
　前記２つの単線コイルは、１つのＲＦ電源に並列に連結されることを特徴とする請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項１８】
　前記２つの単線コイルは、相異なるＲＦ電源に連結されることを特徴とする請求項１４に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）発生装置に係り、より詳細には反応チャンバ内部の基板付近でのプラズマ密度分布の均一性を向上できる複層コイルアンテナを備えたＩＣＰ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　現在、半導体素子や平板ディスプレイ装置の製造のための基板の微細加工工程には低圧／低温プラズマを応用した技術が多用されている。すなわち、プラズマは、半導体素子製造用ウェーハや液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）製造用基板の表面をエッチングしたり、その表面上に所定の物質膜を蒸着するのに広く使われている。特に、高集積度の半導体素子の製造のためのエッチングまたは薄膜蒸着工程には、プラズマを利用する設備が次第に増えつつある趨勢である。それにより、エッチング、蒸着およびその他の工程のそれぞれの工程に適したプラズマ発生装置の開発は、半導体製造工程及び設備の開発において核心的な重要な要素になっている。最近の半導体工程用プラズマ装置の開発において、最も大きい主眼点は、収率の向上のための基板の大面積化への対応能力と高集積化工程を行う能力である。特に、既存の２００ｍｍウェーハから最近の３００ｍｍウェーハへの大面積化によるウェーハ処理工程の均一度向上と共に、高いプラズマ密度の保持は、非常に重要になってきており、まず第一に解決されねばならない要素技術である。
【０００３】
　これまで半導体製造工程に使われてきたプラズマ装置としては、大きくＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、Ｈｅｌｉｃｏｎ、ＩＣＰなどのタイプがあり、それらを組み合わせたハイブリッド型もある。これらのうち、ＩＣＰ型の装置は、他の装置に比べて高密度／高均質のプラズマを得やすい長所があり、特にその構造が他の装置と比べて簡単であって３００ｍｍ大面積ウェーハのための次世代装置として注目を集めている。しかし、既存の２００ｍｍウェーハ用ＩＣＰ装置の単純なサイズ拡大によっては、３００ｍｍウェーハ用ＩＣＰ装置は、容易に実現できず、ＩＣＰ放射の基本になるアンテナ設計の困難さにより多くの制約を受けている。
【０００４】
　図１は、従来のＩＣＰ発生装置の概略的な構成を示す図面である。図１に示されたように、ＩＣＰ発生装置は、その内部にプラズマ形成空間が設けられた反応チャンバ１０を備える。前記反応チャンバ１０の内部下方には、基板、例えばウェーハＷを支持する静電チャック１２が設けられており、反応チャンバ１０の上部カバー１１には誘電体よりなる絶縁板１６が設けられている。反応チャンバ１０の側壁には、反応ガスを反応チャンバ１０内部に注入するためのガス注入口１４が形成されており、反応チャンバ１０の内部にはガス注入口１４と連結される多数のガス分配口１５が設けられている。反応チャンバ１０の底壁には、真空ポンプ１９に連結される真空吸入口１８が形成されており、これを介して反応チャンバ１０内部を真空状態にする。そして、前記誘電体絶縁板１６の上部には、反応チャンバ１０内部にプラズマを生成するためのコイルアンテナ２０が設けられている。
【０００５】
　前記コイルアンテナ２０には、無線周波数（ＲＦ）の電流を流すための電源（図示せず）が連結されている。コイルアンテナ２０に流れるＲＦ電流によりコイルアンテナ２０の周囲に磁場が発生し、この磁場の経時的変化により反応チャンバ１０内部には電場が誘導される。これと同時に、反応ガスがガス分配口１５を介して反応チャンバ１０内部に流入　し、誘導電場によって加速された電子と衝突して、反応ガスがイオン化されて反応チャンバ１０内にプラズマを生成する。生成されたプラズマは、ウェーハＷの表面に衝突して化学的に反応し、ウェーハＷを所望通りに処理、例えばエッチングする。一方、プラズマ衝突のためのエネルギーを増加させるバイアス電圧を提供するために、もう一つのＲＦ電源（図示せず）が一般的に静電チャック１２に連結される。
【０００６】
　図２は従来の螺旋形コイルアンテナの一例を示し、図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ図２に示された螺旋形コイルアンテナによって図１に示す反応チャンバ内部に生じる誘導電場の分布とプラズマ密度分布とを示す。図２に示されたように、現在最も一般的に使われる螺旋形コイルアンテナ３０は螺旋形に巻かれた単一の伝導体コイルから構成されている。このような螺旋形コイルアンテナ３０によれば、誘導される電場の強さが均一ではない短所がある。すなわち、図３Ａに示されたように、アンテナの縁部では誘導電場の強さが比較的弱く、中心部で誘導電場が強く示される。それにより、図３Ｂに示されたように、反応チャンバの中心部でプラズマの生成密度が最も高くなる。
【０００７】
　このように反応チャンバの中心部で高密度に発生したプラズマは、反応チャンバの底部付近に置かれたウェーハに向かって広がる。従って、プラズマとウェーハとの反応の起こるウェーハ表面付近でも中心部のプラズマ密度が高くなり、縁部へ行くほどプラズマ密度が低くなる。このようにプラズマ密度分布が不均一になれば、基板のエッチング深さや蒸着される物質膜の厚さに位置により差が出る問題点が生じる。特に、ＩＣＰ装置が大型化するにつれて反応チャンバの直径が大きくなるので、前記のプラズマ密度分布の不均一性はさらに激しくなる。また、反応チャンバ内のプラズマ密度を十分に高く保つために、ＩＣＰ装置の大型化によって、アンテナ３０の直径とコイルの巻き数を増やさなければならないが、それによりアンテナ３０の自己インダクタンスが増してプラズマ放射効率が低くなる問題点がある。
【０００８】
　図４Ａないし図４Ｃには、前記の従来の螺旋形コイルアンテナが有する問題点を解消するために提案されたさまざまな形態のアンテナが示されている。図４Ａに示されたアンテナ４０は特許文献１に開示されたものであり、反応チャンバ４２の上部には螺旋形コイルアンテナ４０ａを設け、反応チャンバ４２の側壁外側にソレノイド状に巻いたアンテナ４０ｂを別途に備え、既存の螺旋形コイルアンテナが有している問題点である反応チャンバ４２縁部の低いプラズマ密度を補償している。しかし、この場合には反応チャンバ４２の側壁外側に別途のアンテナ４０ｂを設けなければならないので、そのアンテナ４０ｂ内側の反応チャンバ４２側壁を誘電体を使用して製作せねばならず、またそのアンテナ４０ｂの冷却のために別途の冷却ラインを追加的に構成せねばならない。従って、全体的に装置の外形が大きくなる問題点がある。
【０００９】
　図４Ｂに示されたアンテナ５０は特許文献２に開示されたものであり、このアンテナ５０は並列に分岐する多数の螺旋形コイル５２，５４，５６を有する。このような多重並列型アンテナ５０は、分岐するコイル５２，５４，５６の数が増加するにつれてアンテナ５０の自己インダクタンスが低くなる長所を有しているが、アンテナ５０の中心部で生成されるプラズマ密度が低く、またプラズマ密度分布の均一性を制御するためのパラメータが制限されるという短所がある。
【００１０】
　図４Ｃに示されたアンテナ６０は特許文献３に開示されたものであり、このアンテナ６０は互いに隣接するコイル６２，６４を流れる電流の方向を反対に形成する構造である。従来の一般的な螺旋形アンテナの場合、それぞれのコイルに流れる電流の方向が同一であって互いに隣接するコイルの周囲に形成される磁場が互いに相殺される一方、図４Ｃに示されたアンテナ６０の場合には、互いに隣接するコイル６２，６４の周囲に形成される磁場が互いに補強される。それによりインダクタンスが従来の螺旋形アンテナより低くなる長所があるが、全体的に誘導電場が弱まってプラズマ密度が低くなるので、その補償のために磁気コアを使用せねばならない短所がある。
【００１１】
　このように、従来のアンテナは前記の問題点により、工程条件の変化に適切に対処してプラズマの密度分布の均一性を確保するのが困難な短所を有している。特に、最近ウェーハサイズが大型化して行く趨勢において、従来のアンテナ構造ではウェーハの縁部付近でのプラズマ密度分布の均一性を保持するのがだんだんと困難になっており、それは半導体素子の品質や収率を顕著に落とす。
【特許文献１】米国特許第５，４０１，３５０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２９１，７９３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０８０，２７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
　本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために創出されたものであり、特に下部コイルアンテナと上部コイルアンテナとが複層に配されたアンテナシステムを備えて反応チャンバ内部の基板付近でのプラズマ密度分布の均一性を向上させたＩＣＰ発生装置を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　前記の目的を達成するために本発明は、その内部が真空状態に保持される反応チャンバと、前記反応チャンバの上部に設けられて前記反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナシステムと、前記アンテナシステムに連結されて前記アンテナシステムにＲＦパワーを供給する少なくとも１つのＲＦ電源とを備え、前記アンテナシステムは、前記反応チャンバの上部に隣接して設けられる下部アンテナと、前記下部アンテナ上に所定間隔離れて設けられる上部アンテナとを備えるＩＣＰ発生装置を提供する。
【００１４】
　本発明の望ましい第１実施例によれば、前記上部アンテナは前記反応チャンバ内に装入される基板の縁部に対応する位置に配される。
【００１５】
　ここで、前記上部アンテナは１つのターンを有した円形の単線の円形コイルからなり、また２つのターンを有したコイルからなることもある。
【００１６】
　そして、前記下部アンテナは多数のターンを有する螺旋形コイルよりなるか、同心円状に配されて互いに連結された多数の円形コイルからなることもある。
【００１７】
　また、前記下部アンテナと上部アンテナとは相異なるＲＦ電源に連結されうるが、望ましくは１つのＲＦ電源に並列に連結される。
【００１８】
　一方、本発明の望ましい第２実施例によれば、前記下部アンテナと上部アンテナのそれぞれは、前記反応チャンバ内に装入される基板の縁部に対応する位置に配される外側アンテナと、前記外側アンテナの内側に所定間隔をおいて配される内側アンテナからなる。
【００１９】
　ここで、互いに隣接した前記内側アンテナと外側アンテナとを介して流れる電流の方向は互いに反対であることが望ましく、互いに隣接した前記上部アンテナと下部アンテナとを介して流れる電流の方向は互いに同じであることが望ましい。
【００２０】
　そして、２つの単線コイルが上下及び内外側に交互に配されることにより前記上部外側、下部外側、上部内側及び下部内側アンテナをなすことが望ましい。
【００２１】
　また、前記２つの単線コイルは相異なるＲＦ電源に連結されうるが、１つのＲＦ電源に並列に連結されることが望ましい。
【００２２】
　このような構成によれば、上部または内側アンテナの位置を調節することにより、反応チャンバ内部の基板付近でのプラズマ密度分布を均一に制御できる。
【発明の効果】
【００２３】
　本発明による複層コイルアンテナを備えたＩＣＰ発生装置によれば次のような効果がある。
【００２４】
　第一に、基板のサイズにより上部アンテナまたは内側アンテナの位置を調節することにより、ウェーハ付近でのプラズマ密度分布を均一に制御できる。従って、大型ウェーハや基板の場合にもその中心部と縁部とでのプラズマ密度分布の均一性を確保できるので、半導体素子の品質や収率が向上し得る。また、下部アンテナと上部アンテナとを複層に配することにより、追加的な冷却ラインや装置サイズの増加なくしてもプラズマ密度分布の均一性を確保できる。
【００２５】
　第二に、隣接した内側アンテナと外側アンテナとを介して流れる電流の方向を互いに反対方向にし、下部アンテナと上部アンテナとを並列に連結することにより、自己インダクタンスが効果的に減少し、複層よりなるアンテナ間の相互誘導作用により誘導電場の強さが補強される。従って、アンテナシステムのＲＦパワー放射効率が高まって高密度のプラズマを効率よく生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
　以下、添付の図５ないし図９を参照して、本発明による複層コイルアンテナを有したＩＣＰ発生装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
　図５は、本発明の第１実施形態による複層コイルアンテナを有したＩＣＰ発生装置の構成を示した図面であり、図６は図５に示された複層コイルアンテナを示す斜視図である。図５と図６とを共に参照すれば、図５に示すＩＣＰ発生装置は、図６に示すアンテナシステム１２０により生成されるプラズマを利用して、半導体素子製造用基板、例えばウェーハＷの表面をエッチングしたりその表面上に所定の物質膜を蒸着するなどの微細加工を行うための半導体製造装置である。
【００２８】
　図５に示すとおり、ＩＣＰ発生装置は、その内部にプラズマ形成空間が設けられた反応チャンバ１１０を備える。反応チャンバ１１０の内部は真空状態に保持され、このために反応チャンバ１１０の底壁には真空ポンプ１１９に連結される真空吸入口１１８が形成される。反応チャンバ１１０の内部下方には、基板、例えばウェーハＷを支持する静電チャック１１２が設けられ、この静電チャック１１２にはＲＦ電源１３８が連結されて、反応チャンバ１１０内に生成されたプラズマがウェーハＷの表面に充分に高いエネルギーで衝突できるようにバイアス電圧を印加する。反応チャンバ１１０の上部カバー１１１には、ＲＦパワーが透過できるように誘電体よりなる絶縁板１１６が設けられる。反応チャンバ１１０の側壁には、反応ガスを反応チャンバ１１０内部に注入するためのガス注入口１１４が形成され、このガス注入口１１４と連結される多数のガス分配口１１５が反応チャンバ１１０の内部に設けられうる。
【００２９】
　そして、前記反応チャンバ１１０の上部、すなわち誘電体絶縁板１１６の上部には、反応チャンバ１１０内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナシステム１２０が設けられる。このアンテナシステム１２０には、ＲＦパワーを供給するための少なくとも１つのＲＦ電源１３２が連結される。従って、アンテナシステム１２０を構成する各コイルにはＲＦ電流が流れ、それによりアンペール（Ａｍｐｅｒｅ）の右ネジ法則により磁場が発生し、この磁場内の磁束の経時的変化により反応チャンバ１１０内部にファラディ（Ｆａｒａｄａｙ）の電磁気誘導法則による電場が誘導される。誘導電場は電子を加速し、加速された電子はガス分配口１１５を介して反応チャンバ１１０内部に流入した反応ガスをイオン化してプラズマを生成する。
【００３０】
　図６を参照して、本発明による前記アンテナシステム１２０は、反応チャンバ１１０の上部に隣接して設けられる下部アンテナ１２１と、前記下部アンテナ１２１上に所定間隔離れて設けられる上部アンテナ１２２とを備える。すなわち、本発明によるアンテナシステム１２０は複層構造よりなっている。
【００３１】
　前記下部アンテナ１２１は、図６に示されたように、多数のターンを有した螺旋形コイルからなり得る。また、前記下部アンテナ１２１は、図示されてはいないが、同心円状に配されて互いに連結された多数の円形コイルからなっていてもよい。一方、下部アンテナ１２１は、前記の螺旋形コイルまたは同心円状の円形コイルだけでなく、他のさまざまな形態を有したコイルから構成されていてもよい。また、下部アンテナ１２１は、図６に円形断面を有するものが示されているが、図５に示すように四角形の断面を有してもよい。このような下部アンテナ１２１は、前記の如くＲＦパワーを放射して反応チャンバ１１０内にプラズマを生成する。
【００３２】
　一方、前記上部アンテナ１２２は、図６に示されたように、１つのターンを有する円形の単線コイルからなり得る。また、前記上部アンテナ１２２は、図示されていないが、少なくとも２つのターンを有したコイルからなることもある。また、上部アンテナ１２２は、図６に円形断面を有することが示されているが、図５に示すように、四角形断面を有していてもよい。上部アンテナ１２２の位置は、反応チャンバ１１０または反応チャンバ１１０内に装入された基板、例えばウェーハＷのサイズにより適正な位置に配される。すなわち、上部アンテナ１２２は、下部アンテナ１２１により生成されるプラズマの密度の低い部位、例えばウェーハＷの縁部に対応する位置に配される。従って、上部アンテナ１２２によりウェーハＷの縁部のプラズマ密度が高まり、ウェーハＷの半径方向全体にわたってプラズマ密度分布の均一性を確保できる。
【００３３】
　前記の如く、本発明の第１実施形態によれば、上部アンテナ１２２の位置を調節することによってプラズマ密度分布を制御できる。また、下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２とを複層に配することにより、追加的な冷却ラインや装置サイズの増加なくしてもプラズマ密度分布の均一性を確保できる。
【００３４】
　一方、前記下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２のそれぞれの一端部は、１つのＲＦ電源１３２に共に連結され得る。そして、下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２のそれぞれの他端部は接地される。しかし、前記下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２とは、図示されていないが、相異なるＲＦ電源に連結されてもよい。特に、下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２とを１つのＲＦ電源１３２に共に連結する場合に、２つのアンテナ１２１，１２２は、前記ＲＦ電源１３２に並列に連結されることが、各アンテナの自己インダクタンスが減少するので望ましい。２つのアンテナ１２１，１２２のそれぞれのインダクタンスをＬ１とＬ２とする時、２つのアンテナ１２１，１２２が直列に連結された場合には、その合成インダクタンスＬSは、ＬS＝Ｌ1＋Ｌ2と示されるのに対し、２つのアンテナ１２１，１２２が並列に連結された場合には、その合成インダクタンスＬPは、１／ＬP＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2と示される。従って、２つのアンテナ１２１，１２２を並列に連結すればインダクタンスが低くなるので、プラズマ放射効率が高まる長所がある。
【００３５】
　また、前記ＲＦ電源１３２と下部アンテナ１２１及び上部アンテナ１２２とを連結する結合回路１３４には、キャパシタ１３６が設けられることが望ましい。この場合には、下部アンテナ１２１と上部アンテナ１２２を介して流れるＲＦ電流の位相差を調節できる長所がある。
【００３６】
　図７は、本発明の第２実施形態による複層コイルアンテナを備えたＩＣＰ発生装置の構成を示した図面であり、図８は図７に示された複層コイルアンテナを示した斜視図である。ここで、図７において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を指す。そして、前述した第１実施形態と同じ構成要素については説明の重複を避けるためにその詳細な説明は省略する。
【００３７】
　図７と図８とを共に参照すれば、本発明の第２実施形態によるアンテナシステム２００は、反応チャンバ１１０の上部に隣接して設けられる下部アンテナ２１１，２１２と、前記下部アンテナ２１１，２１２上に所定間隔離れて設けられる上部アンテナ２２１，２２２とを備える。すなわち、本発明の第２実施形態によるアンテナシステム２００も複層構造よりなっている。
【００３８】
　そして、前記下部アンテナ２１１，２１２は、反応チャンバ１１０内に装入されるウェーハＷの縁部に対応する位置に配される下部外側アンテナ２１１と、前記下部外側アンテナ２１１の内側に所定間隔をおいて配される下部内側アンテナ２１２とからなる。また、下部アンテナ２１１，２１２と同様に、前記上部アンテナ２２１，２２２も上部外側アンテナ２２１と上部内側アンテナ２２２とからなる。
【００３９】
　このような構成において、互いに隣接した下部外側アンテナ２１１と下部内側アンテナ２１２とを介して流れる電流の方向は互いに反対であることが望ましい。これと同様に、互いに隣接した上部外側アンテナ２２１と上部内側アンテナ２２２とを介して流れる電流の方向も互いに反対であることが望ましい。一方、互いに隣接した上部外側アンテナ２２１と下部外側アンテナ２１１とを介して流れる電流の方向は互いに同じように形成でき、互いに隣接した上部内側アンテナ２２２と下部内側アンテナ２１２とを介して流れる電流の方向も互いに同じように形成されうる。
【００４０】
　前記のような構成は、図８に示されたように、２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂを上下及び内外側に交互に配することにより形成することができる。前記２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂのうちのひとつ、例えば第１コイル２２０ａは、外側と内側との２つのターンを有する。第１コイル２２０ａの外側ターンは、上部外側アンテナ２２１の半分を形成した後で下に折られて下部外側アンテナ２１１の半分を形成する。第１コイル２２０ａの外側ターンは再び上側に折られて内側ターンと連結される。第１コイル２２０ａの内側ターンは上部内側アンテナ２２２の半分を形成した後で下方に折られて下部内側アンテナ２１２の半分を形成する。この時、第１コイル２２０ａの外側ターンの巻かれる方向と内側ターンの巻かれる方向とを互いに反対にする。一方、前記２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂのうちのひとつ、例えば第２コイル２２０ｂも前記と同様にして形成される。すなわち、第２コイル２２０ｂの外側ターンは、上部外側アンテナ２２１と下部外側アンテナ２１１のそれぞれの残り半分を形成し、その内側ターンは上部内側アンテナ２２２と下部内側アンテナ２１２のそれぞれの残り半分を形成する。このように形成された第１コイル２２０ａと第２コイル２２０ｂとを交互に重ねて配すれば、図８に示されたように、完全な形態のアンテナシステム２００が得られ、アンテナシステム２００の各部分を流れる電流の方向（矢印で表示される）も前述のように形成されうる。図８における矢印は電流の方向を示す。一方、前記第１コイル２２０ａと第２コイル２２０ｂとは、図８に円形断面を有すると示されているが、図７に示すように四角形断面を有していてもよい。
【００４１】
　前記２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂのそれぞれの一端部は相異なるＲＦ電源に連結され得るが、１つのＲＦ電源２３２に並列に連結されることが望ましい。そして、２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂそれぞれの他端部は接地される。このように、２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂが並列に連結されれば、前述の通り自己インダクタンスが減少する長所がある。
【００４２】
　前記のような本発明の第２実施形態によれば、２つの単線コイル２２０ａ，２２０ｂを交互に配して外側アンテナ２１１，２２１と内側アンテナ２１２，２２２とを介して流れる電流の方向を互いに反対方向にし、下部アンテナ２１１，２１２と上部アンテナ２２１，２２２とを並列に連結することにより、自己インダクタンスを効果的に減少できる。そして、複層になった下部アンテナ２１１，２１２と上部アンテナ２２１，２２２間の相互誘導作用により誘導電場の強さが補強されうる。従って、アンテナシステム２００のＲＦパワー放射効率が高まって高密度のプラズマを効果的に生成できるようになる。また、下部アンテナ２１１，２１２と上部アンテナ２２１，２２２とを複層に配することにより、追加的な冷却ラインや装置サイズの増加なくしてもプラズマ密度分布の均一性を確保できる。
【００４３】
　図９は、内側アンテナと外側アンテナ間の間隔による反応チャンバ内のプラズマフラックス分布を示したグラフである。このグラフは２種のケースによるＡｒイオンフラックスのシミュレーションデータを示したものである。ここで、ケース１は内側アンテナと外側アンテナ間の間隔が狭い場合であり、ケース２は内側アンテナと外側アンテナ間の間隔が広い場合である。
【００４４】
　図９に示されたように、ケース１の場合、すなわち内側アンテナが反応チャンバの縁部側に偏って配された場合が、ケース２の場合、すなわち内側アンテナがウェーハの中心に近く配された場合より、ウェーハ中心部でのプラズマ密度は若干低くなり、ウェーハ縁部でのプラズマ密度はかなり高まるということが分かる。これは、外側アンテナと内側アンテナ間の間隔を調節することにより、ウェーハ付近でのプラズマ密度分布が均一になるように制御できるということを意味する。
【００４５】
　このように、本発明の第２実施形態によれば、ウェーハのサイズにより外側アンテナと内側アンテナ間の間隔、すなわち内側アンテナの位置を調節することにより、ウェーハ全体にわたってその半径方向に沿って均一なプラズマ密度分布を得られる。
【００４６】
　本発明は開示された実施例を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならばこれから多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により決まるのである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
　本発明は、半導体製造工程において大型基板の均一なプラズマ加工に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来のＩＣＰ発生装置の概略的な構成を示す図面である。
【図２】従来の螺旋形コイルアンテナの一例を示す図面である。
【図３Ａ】図２に示された螺旋形コイルアンテナによる反応チャンバ内部の誘導電場の分布を示す図面である。
【図３Ｂ】図２に示された螺旋形コイルアンテナによる反応チャンバ内部のプラズマ密度分布を示す図面である。
【図４Ａ】従来のコイルアンテナの他の例を示す図面である。
【図４Ｂ】従来のコイルアンテナの他の例を示す図面である。
【図４Ｃ】従来のコイルアンテナの他の例を示す図面である。
【図５】本発明の第１実施形態による複層コイルアンテナを有するＩＣＰ発生装置の構成を示す図面である。
【図６】図５に示された複層コイルアンテナを示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態による複層コイルアンテナを備えたＩＣＰ発生装置の構成を示す図面である。
【図８】図７に示された複層コイルアンテナを示す斜視図である。
【図９】内側アンテナと外側アンテナ間の間隔による反応チャンバ内のプラズマフラックス分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
　１１０　　　反応チャンバ
　１１１　　　上部カバー
　１１２　　　静電チャック
　１１４　　　ガス注入口
　１１５　　　ガス分配口
　１１６　　　誘電体絶縁板
　１２０　　　アンテナシステム
　１２１　　　下部アンテナ
　１２２　　　上部アンテナ
　１３２，１３８　　　ＲＦ電源
　１３４　　　結合回路
　１３６　　　キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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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３Ｂ】
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