(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室、プラズマを誘起するための一回巻きコイルアンテナ、および単一のＲＦ電源を有するＲＦ電力供給手段を備え、前記電力供給手段が前記アンテナの両終端の中間点を仮想的に接地し、前記アンテナに沿う位置の関数としてのＲＦ電力とプラズマとの容量結合を均一にすることにより空間的に均一なプラズマを生成することを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ加工装置において、前記ＲＦ電力供給手段が、単一のＲＦ電源とそのＲＦ電源によって電力供給される変圧器とを有し、また前記アンテナが、前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の両端に接続されており、前記二次巻き線のタップが、前記アンテナの両終端の中間に仮想的接地点を形成するように接地されることを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ加工装置において、前記ＲＦ電力供給手段が、単一のＲＦ電源、変圧器、および整合回路を有し、前記アンテナが両終端の中間で接地されることを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ加工装置において、前記ＲＦ電力供給手段が、プラズマのインピータンスを単一のＲＦ電源の出力インピーダンスに整合させるための可変整合回路を有し、それによって前記アンテナの両終端に実質的に１８０°の位相ずれ入力が実現されることを特徴とするプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、プラズマ加工装置と、イオンがプラズマ発生源から引き出される装置とに関する。プラズマ加工装置は、半導体デバイスの製造、および被覆の付着または表面のエッチングが必要な他の多くの工程において、広く使用されている。特にこれらの工程が生産規模で実施される場合、バッチ間の均一性が非常に重要になる。
一般に、この場合のプラズマは、真空室内で生成され、また、好ましくは、プラズマ発生装置は、真空室の外または保護壁内に配置され、高周波電力が加えられるときにプラズマ電位に対する外乱が小さくなるようにされる。高周波電力がプラズマと誘導結合される場合、この目的に使用されるアンテナは、真空室内に配置されて誘電体材料で包囲されるか、または誘電体材料で作られた壁部分に隣接する真空室外部に配置される。この場合、事実上アンテナが変成器の一次側を形成し、二次側は、発生源内のプラズマということになる。
プラズマ発生源には、一つまたは複数のアンテナを使用することができ、アンテナが発生源の外部に配置されている場合、それぞれのアンテナは側面または頂部の誘電体部分に隣接させて配置することができる。単一のアンテナは発生源の頂部にある平坦らせんの形、または発生源の側面に巻かれた複数巻きコイルの形、または発生源の頂部もしくは側面に隣接配置された一回巻きコイルの形、またはここでは挙げない他の形状とすることができる。発生源の誘電体部分は、凹入部とし、その輪郭の内部にアンテナが配置されるようにすることができる。複数のアンテナを使用する場合、それらは、発生源の別々の誘電体部分に隣接させて配置することができ、または別々に巻いてあるが同一の誘電体部分に隣接するように配置することができる。
大部分の誘導結合プラズマシステムの場合、アンテナは、各アンテナの一端または終端が接地され、他端がインピーダンス整合ユニットの出力に接続されるように、駆動される。これは、一般に、高密度プラズマの生成に非常に有効な方法であるが、アンテナの駆動端または終端に高いＲＦ電圧が加わるという欠点がある。このことにより、アンテナの駆動端付近ではＲＦ電力とプラズマとの容量結合が生じ、電圧と容量結合との大きさがアンテナの接地端に向かって次第に減少する。電力の誘導結合はアンテナに沿って事実上一定であり、したがってアンテナに沿う位置の関数としての、電力とプラズマとの結合の合計（誘導＋容量）が一定にならない。そのため、空間的に不均一なプラズマが生成される可能性があり、したがってプラズマ加工用途において均一性の低下がもたらされる可能性がある。市販のプラズマ加工システムにおいては、容量結合部分を小さくし、したがってこの有意の不均一性を一部克服する方法が採用されている。たとえば、アンテナと誘電体窓との間の接地静電シールドを、電力のプラズマとの有効な誘導結合を可能にする適当なスロットとともに使用するものがある。これは、たとえば、Ｐｒｏｔｏｔｅｃｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．が使用している。
一つの側面において、本発明は、一つの室、プラズマ誘起のための一つのアンテナ、該アンテナに該アンテナの終端から電力を供給するための一つの交流供給手段、から成るプラズマ加工装置であって、前記電力供給手段がアンテナの両終端において実質的に１８０°位相のずれた入力を与えることを特徴とする、プラズマ加工装置である。
前記電力供給手段は、電源と該電源によって電力供給される変圧器とを有することができ、また前記アンテナは、前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の両端に接続することができ、本発明は、さらに、前記二次巻き線のタップが、前記アンテナがその両端の中間で事実上接地されるように接地されることを特徴とする。
中央にタップを付けた二次巻き線と一回巻きコイルアンテナとの場合、このアンテナは事実上または仮想的にその中央点で接地され、地面に対する、コイルの各端での電圧の大きさは、通常のコイルアンテナの駆動端の電圧に比して、事実上半分にすることができる。プラズマの空間的均一性が改善され、したがって半導体ウェーハその他の加工物の処理における空間的均一性の改良がもたらされる。プラズマの空間的均一性の向上に加えて、変圧器の一次および二次巻き線の相対巻き数を適当に選択することにより、ある程度の、プラズマとＲＦ電源との間のインピーダンス整合を得ることができる。
本発明は、一回巻きコイルアンテナの場合にもっとも便利に使用され、かつ理解されるが、前記の他のコイル構成および複数アンテナも使用することができる。容易にわかるように、もっと複雑な形状たとえばらせん形を有するコイルの場合、タップを付ける点は、コイルのずれた‘接地’を実現するために、ずらすことができるが、必要な接地点はアンテナの両終端間の大体中ほどにある。正しい点は、アンテナの終端の電圧の大きさを実質的に最小にするために、タップ点を調節することによって、実験的に決定することができる。
アンテナの両終端での実質的に１８０°位相のずれた電力入力を実現する別の方法を使用することができ、場合によってはより有利でありうる。たとえば、電力供給手段は、アンテナのそれぞれの入力に接続された別々の電源を有することができ、これらの電源は、位相保持ループで結合して一つの電源の他の電源に対する位相ずれを維持するようにすることができる。この構成は、大きな電力が必要な場合に特に有効であり、広い周波数範囲にわたって動作させることができる。好ましくは、それぞれの整合回路は、電源とそれに属するそれぞれのアンテナ終端との間に置かれる。
一つの代替実施態様においては、電力供給手段は、一つの電源、一つの変圧器、および一つの整合回路を有することができ、アンテナは、両終端の中間で接地することができる。１８０°位相のずれた入力を実現するために、前述の事実上のまたは仮想的接地の場合とまったく同様に、アンテナの両終端の中間点またはその近くで接地する必要がある。
もう一つの代替実施態様の場合、電力供給手段は、プラズマとインピータンスを電源の出力インピーダンスに整合させるための可変整合回路を有することができ、これによって、この構成における実質的に１８０°の位相ずれ入力が実現される。
さらにもう一つの側面においては、本発明は、一つの室、プラズマを誘起するための一回巻きコイルアンテナ、および単一のＲＦ電源を有するＲＦ電力供給手段を備え、前記電力供給手段が前記アンテナの両終端の中間点を仮想的に接地し、前記アンテナに沿う位置の関数としてのＲＦ電力とプラズマの容量結合を均一にすることにより空間的に均一なプラズマを生成することを特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
さらにもう一つの側面においては、本発明は、一つの室、該室内にプラズマを誘起するための一つのアンテナ、および該アンテナに電力供給するための交流供給手段から成るプラズマ加工装置であって、前記電力供給手段が電源と該電源によって電力供給される変圧器とを有し、また前記アンテナが前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の両端に接続され、前記二次巻き線のタップが、前記アンテナが事実上該アンテナの両終端の中間において接地されるように、接地されることを特徴とするプラズマ加工装置から成る。
本発明はいろいろなやり方で実施することができる。以下、本発明の特定実施態様を、添付の図面を参照しつつ、例として説明する。
図１は、一回巻きアンテナへの電力供給を示す模式回路図である。
図２は、図１の構成を使用した場合の、エッチ速度の標準偏差を平均エッチ速度の百分率で示すグラフである。
図３は、本明細書の前置きで述べた従来の装置の場合の、図２と同様のグラフである。
図４、５、および６は、それぞれ、アンテナに対する電力供給手段の代替構成の回路図である。
図７は、アンテナの使用法を示すプラズマ加工装置の模式図である。
図１に示す実施態様の場合、通常の整合回路１０が電源から変圧器１２の一次巻き線１１に電力を供給する。変圧器１２は管状のフェライトコア１４に巻かれた一次巻き線１１と二次巻き線１３とから成る。各巻き線１１、１３は、導線表面積を大きくし、したがってＲＦ周波数における電流輸送能力を高めるためにいくつかの独立導線から成っている。アンテナ１５はその終端１５ａ、ｂが巻き線１３の両端に接続してあり、巻き線１５は、タップにより、１６で接地されている。これにより、１７における仮想接地が実現される。アンテナ１５の終端１５ａ、１５ｂにおける電圧は互いに１８０°位相がずれているからである。
この平衡電力供給変圧器システムを１３．５６ＭＨｚの周波数で動作させることにより、結果を得たが、それは、より低いまたは高いＲＦ周波数でこのシステムを使用することを排除するものではない。前記タイプの変圧器を用いたイオン促進エッチングで得られた実験結果を、図２に示す。このデータはエッチ速度の標準偏差を、平均エッチ速度に対する百分率で示す。どちらも、加工物の中心からの距離の関数として、原点からその点まで計算した。比較のために、一端で接地された従来のコイルアンテナの場合に得られた結果を、図３に示す。平衡電力供給構成を用いて得られた結果には、加工の空間的均一性に有意の改善が見られる。
変圧器コアにおける損失および巻き線の抵抗損のため、この変圧器の存在により、エッチ速度の絶対値が、この変圧器を使用しない場合に比して、一般にわずかに小さくなる。しかし、これには、ＲＦ電源からの電力を増大させることによって対抗することができ、改善された加工均一性と引き換えに許容できる損失であると考えられる。
図４において、電力供給手段１８は一対の並列電源１９、２０から成る。この二つの電源は、位相保持ループ２１によって相互接続されており、またそれぞれのアンテナ終端１５ａおよび１５ｂに電力供給するために、結合されたそれぞれの整合回路２２、２３を備えている。位相保持回路２１は、電源１９および２０の出力を１８０°位相がずれた状態に保ち、したがって１５ａおよび１５ｂにおける電圧も１８０°位相がずれ、アンテナ１５の中点が１７で事実上接地されるという結果が得られるように構成されている。この構成は、大きな電力が必要な場合、また高い周波数が必要な場合に、特に適当である。
図５において、電力供給手段１８は、変圧器２５に電力を供給する単一の電源２４から成り、変圧器２５は整合回路２６したがって終端１５ａ、１５ｂに接続されている。アンテナ１５の中点は２７において接地してあり、したがって効果的に終端１５ａ、１５ｂに前述のような位相ずれを強制する。
図６において、電力供給装置１８は電源２８および可変容量整合回路２９から成る。この構成の場合、整合回路２９の可変コンデンサーのキャパシタンスを変えることにより、終端１５ａおよび１５ｂの入力の位相が約１８０°ずれるように構成することが可能である。この構成の場合、変圧器が存在しないので、電力損失は図１および５の構成の場合に比して小さいが、この回路はやや不安定でありうるため、仮想接地が中点１７のまわりに揺れ動くことがありうる。装置によっては、これが有利なこともある。
前述の電源は通常ＲＦ電源であり、また注意すべきことは、変圧器は図面に示す簡単な一次／二次構成ではなくバランその他の適当な変圧器とすることができるということである。
図７はアンテナ１５が使用できるタイプのプラズマ加工装置３０を模式的に示す。この装置は、反応室３１、加工物支持体３２、ガス流入口３３、およびガス流出口３４を有する。アンテナ１５は環状の誘電体カップ３５内に配置してある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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