(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタであって、
チャンバを画成する側壁およびオーバーヘッド天井と、
半導体ワークピースを支持するための前記天井と対面する作業面を有する前記チャンバ内のワークピース支持カソードと、
プロセスガスを前記チャンバに導入するためのプロセスガス入口と、
バイアスパワー周波数を有するＲＦバイアスパワー発生器と、
前記作業面にあるバイアスパワー供給点と、
前記ＲＦバイアスパワー発生器と前記作業面にある前記バイアスパワー供給点との間に接続されたＲＦ導体と、
前記ＲＦ導体の一部分を取り囲むと共に、前記ＲＦ導体に沿った軸方向の長さ（ａ）、前記ＲＦ導体に沿った誘電率（ｂ）および前記ＲＦ導体に沿った軸方向の位置（ｃ）を有する誘電スリーブと、を備え、
前記誘電スリーブによって与えられるリアクタンスが、前記バイアスパワー周波数での前記供給点のインピーダンスを、前記ＲＦ導体を取り囲む前記ワークピース支持カソードの一部分のインピーダンスに近い値にするように、前記誘電スリーブの前記長さ、前記誘電率および前記位置が選択されており、
前記カソードは、前記供給点から外向きに延在する半径方向の内側部分と、半径方向外側の環状部分とを備え、前記ワークピース支持カソードの一部分は半径方向外側の環状部分を含むプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記カソードが、前記作業面を備える最上面を有する平坦な絶縁層と、前記平坦な絶縁層内の平坦な伝導性層とを備え、
前記ＲＦ導体を取り囲む前記ワークピース支持カソードの前記一部分が前記伝導性層を有しており、
前記誘電スリーブによって与えられるリアクタンスが、前記バイアスパワー周波数での前記供給点のインピーダンスを、前記バイアスパワー周波数での前記伝導性層のインピーダンスに近い値にする、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記天井が、オーバーヘッド電極を備え、前記リアクタが、
ソース周波数を有するソースパワー発生器と、
前記ソースパワー発生器と前記オーバーヘッド電極との間に接続されたインピーダンス整合要素とを更に備え、
前記供給点が、前記ソースパワー周波数でインピーダンスを有し、
前記誘電スリーブのリアクタンスが、前記ソース周波数での前記供給点のインピーダンスをほぼゼロにする、請求項１又は２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記誘電スリーブが、軸方向に沿って複数のセクションに分割され、前記セクションの各々の軸方向の長さおよび誘電率が、他のセクションから独立したものである、請求項３に記載のプラズマリアクタ。
【請求項５】
前記バイアスパワー周波数が、ＨＦ周波数であり、前記ソースパワー周波数が、ＶＨＦ周波数である、請求項４に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記複数のスリーブセクションの少なくとも１つが、アルミナから形成され、前記複数のスリーブの別のものが、ポリテトラフルオロエチレンから形成される、請求項５に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記誘電スリーブの最上部セクションが、第１の誘電材料を備え、前記誘電スリーブの中間セクションが、第２の誘電材料を備え、前記誘電スリーブの底部セクションが、前記第１の誘電材料を備える、請求項５に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記第１の誘電材料が、ポリテトラフルオロエチレンを含み、前記第２の誘電材料が、アルミナを含む、請求項７に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記オーバーヘッド電極が、プラズマ共振周波数で前記チャンバのプラズマとの共振を有し、前記ＶＨＦソースパワー周波数が、前記プラズマ共振周波数またはその付近のものである、請求項５に記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記ソースパワー発生器と前記オーバーヘッド電極との間に接続されたインピーダンス整合要素が、前記ＶＨＦソースパワー周波数またはその付近のスタブ共振周波数を有する固定調整スタブを備える、請求項９に記載のリアクタ。
【請求項１１】
前記天井が、オーバーヘッド電極を備え、
前記リアクタが、ソース周波数を有するソースパワー発生器と、前記ソースパワー発生器と前記オーバーヘッド電極との間に接続されたインピーダンス整合要素と、前記天井の上方の異なる高さにある異なる半径の複数のオーバーヘッドコイルと、前記複数のコイルにそれぞれのＤＣ電流を適用するためのコントローラと、を更に備え、
前記供給点が、前記ソースパワー周波数でインピーダンスを有し、
前記誘電スリーブによって与えられたリアクタンスが、前記ソースパワー周波数で前記供給点のインピーダンスを、前記ソースパワー周波数でほぼゼロにする、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項１２】
前記ワークピースの周囲に概して対応する内径を有する環状のＲＦ結合リングを更に備え、前記ＲＦ結合リングが、前記ワークピースの周囲付近のプラズマイオン密度を高めるために、前記作業面と前記オーバーヘッド電極との間の距離の十分な部分に延在する、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記ＲＦ結合リングが、前記作業面に取り付けられ、前記結合リングの厚みだけ、前記作業面の上方に延在する上面を有する、請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１４】
前記ＲＦ結合リングが、前記天井に取り付けられ、前記結合リングの厚みだけ、前記天井の下方に延在する底面を有する、請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１５】
前記第１のＲＦ結合リングの上にあり、前記天井に取り付けられた第２のＲＦ結合リングを更に備える、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１６】
前記天井の上方の異なる高さにある異なる半径の複数のオーバーヘッドコイルと、前記チャンバにおけるプラズマイオン密度分布の均一性を高めるように、前記複数のコイルにそれぞれのＤＣ電流を適用するためのコントローラとを更に備える、請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１７】
プラズマリアクタであって、
真空チャンバを画成する側壁および天井、平坦なワークピースを支持するための前記天井と対面する作業面を有する前記チャンバ内のワークピース支持体を含む真空包囲体であって、前記ワークピース支持体および前記天井の両方で、前記ワークピース支持体と前記天井との間にある処理領域を画成する前記真空包囲体と、
プロセスガスを前記チャンバに供給するためのプロセスガス入口と、
バイアス周波数を有するＲＦバイアスパワー発生器と、
前記天井に隣接する少なくとも第１のオーバーヘッドソレノイド電磁石であって、前記オーバーヘッドソレノイド電磁石、前記天井、前記側壁、および前記ワークピース支持体が、共通の対称軸に沿った位置にある、前記第１のオーバーヘッドソレノイド電磁石と、
前記第１のソレノイド電磁石に接続され、前記第１のソレノイド電磁石に第１の電流を供給することによって、前記第１の電流に応じたものである磁場を前記チャンバ内に生成する電流ソースであって、前記第１の電流の値が、前記磁場が前記作業面付近の前記対称軸の周りにあるプラズマイオン密度径分布の均一性を高める、前記電流ソースと、
前記作業面にあるバイアスパワー供給点と、
前記ＲＦバイアスパワー発生器と前記作業面にある前記バイアスパワー供給点との間に接続されたＲＦ導体と、
前記ＲＦ導体の一部分を取り囲むと共に、前記ＲＦ導体に沿った軸方向の長さ（ａ）、前記ＲＦ導体に沿った誘電率（ｂ）および前記ＲＦ導体に沿った軸方向の位置（ｃ）を有する誘電スリーブと、を備え、
前記誘電スリーブによって与えられるリアクタンスが、前記バイアスパワー周波数での前記供給点のインピーダンスを、前記ＲＦ導体を取り囲む前記ワークピース支持カソードの一部分のインピーダンスに近い値にするように、前記誘電スリーブの前記長さ、前記誘電率および前記位置が選択されており、
前記カソードは、前記供給点から外向きに延在する半径方向の内側部分と、半径方向外側の環状部分とを備え、前記ワークピース支持カソードの一部分は半径方向外側の環状部分を含むプラズマリアクタ。
【請求項１８】
前記カソードが、前記作業面を備え上面を有する平坦な絶縁層と、前記平坦な絶縁層内の平坦な伝導性層とを備え、
前記ＲＦ導体を取り囲む前記ワークピース支持カソードの前記一部分が前記伝導性層を有しており、
前記誘電スリーブによって与えられるリアクタンスが、前記バイアスパワー周波数での前記供給点のインピーダンスを、前記バイアスパワー周波数での前記伝導性層のインピーダンスに近い値にする、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項１９】
前記天井が、オーバーヘッド電極を備え、前記リアクタが、
ソース周波数を有するソースパワー発生器と、
前記ソースパワー発生器と前記オーバーヘッド電極との間に接続されたインピーダンス整合要素とを更に備え、
前記供給点が、前記ソースパワー周波数でインピーダンスを有し、
前記誘電スリーブのリアクタンスが、前記ソース周波数での前記供給点のインピーダンスを、ほぼゼロにする、請求項１８に記載のリアクタ。
【請求項２０】
前記第１のソレノイド電磁石が、前記チャンバの外側にあり、前記天井の外面と対面する、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項２１】
前記ソースパワー発生器が、所望のプラズマイオン密度レベルで前記チャンバ内にプラズマを維持するＲＦパワーレベルを供給し、
前記オーバーヘッド電極が、前記発生器の前記周波数またはその付近のものである電極・プラズマ共振周波数でプラズマとの共振を形成するリアクタンスを有する、請求項１９に記載のリアクタ。
【請求項２２】
前記天井に隣接した複数のオーバーヘッドソレノイド磁石を更に備え、前記磁石が、前記複数のソレノイド磁石のそれぞれによって発生した個々の静磁場の和を備える前記チャンバの組み合わされた静磁場を有し、前記オーバーヘッドソレノイド、前記天井、前記側壁、および前記ワークピース支持体が、共通の対称軸に沿った位置にあり、前記第１のオーバーヘッドソレノイド磁石が、前記複数のオーバーヘッドソレノイド磁石内に備えられ、
前記組み合わされた磁場が、前記ワークピース支持体の表面付近にある前記対称軸の周りのプラズマイオン密度径分布の均一性を高める、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項２３】
前記複数のソレノイド磁石が同心のものであり、前記天井の上方で昇順の直径および降順の軸方向の高さの順序に配設された、請求項２２に記載のリアクタ。
【請求項２４】
前記磁石のうち最外位置にある磁石が、前記磁石のうち最内位置にある磁石より、より広い半径方向面積にわたって、対応してより大きな半径方向の磁気圧力をプラズマにかけ、
前記磁石のうち最内位置にある磁石が、前記チャンバの中心付近に限定された領域内において、半径方向の磁気圧力をプラズマにかける、請求項２３に記載のリアクタ。
【請求項２５】
前記プラズマがリアクタンスを有し、前記電極のリアクタンスが、前記プラズマのリアクタンスに対応する、請求項１９に記載のリアクタ。
【請求項２６】
前記電極のリアクタンスが、
前記プラズマのリアクタンスの共役である、請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項２７】
前記プラズマのリアクタンスが、負の容量を備え、前記電極の容量が、前記プラズマの前記負の容量の大きさと同一の大きさである、請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項２８】
前記ＲＦ発生器の周波数および電極・プラズマ共振周波数が、ＶＨＦ周波数である、請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項２９】
前記発生器と前記オーバーヘッド電極との間に接続された固定インピーダンス整合要素を更に備え、前記固定インピーダンス整合要素が、整合要素共振周波数を有する、請求項２５に記載のリアクタ。
【請求項３０】
前記整合要素共振周波数および前記電極・プラズマ共振周波数が、互いからずれたものであり、前記発生器の周波数が、前記電極・プラズマ共振周波数と前記整合要素共振周波数との間にある、請求項２９に記載のリアクタ。
【請求項３１】
前記発生器の前記周波数、前記プラズマ周波数、および前記整合要素共振周波数がすべて、ＶＨＦ周波数である、請求項３０に記載のリアクタ。
【請求項３２】
前記ＲＦパワー発生器の前記周波数、前記整合要素共振周波数、および前記電極・プラズマ共振周波数がすべて、互いからずれたものであるＶＨＦ周波数である、請求項３０に記載のリアクタ。
【請求項３３】
前記ワークピースの周囲に概して対応する内径を有する環状のＲＦ結合リングを更に備え、前記ＲＦ結合リングが、前記ワークピースの周囲付近のプラズマイオン密度を高めるために、前記作業面と前記オーバーヘッド電極との間の距離の十分な部分に延在する、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項３４】
前記ＲＦ結合リングが、前記作業面に取り付けられ、前記結合リングの厚みだけ、前記作業面の上方に延在する上面を有する、請求項３３に記載のリアクタ。
【請求項３５】
前記ＲＦ結合リングが、前記天井に取り付けられ、前記結合リングの厚みだけ、前記天井の下方に延在する底面を有する、請求項３３に記載のリアクタ。
【請求項３６】
前記第１のＲＦ結合リングの上にあり、前記天井に取り付けられた第２のＲＦ結合リングを更に備える、請求項３４に記載のリアクタ。
【請求項３７】
前記誘電スリーブが、軸方向に沿って複数のセクションに分割され、前記セクションの各々の軸方向の長さおよび誘電率が、他のセクションから独立したものである、請求項１９に記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
（発明者ら）
Ｊａｎｇ  Ｇｙｏｏ  Ｙａｎｇ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｊ．Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｊａｍｅｓ  Ｄ．Ｃａｒｄｕｃｃｉ，Ｄｏｕｇｌａｓ  Ａ，Ｂｕｃｈｂｅｒｇｅｒ  Ｊｒ．，  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｂ．Ｈａｇｅｎ，Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｌ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｋａｎｇ−Ｌｉｅ  Ｃｈｉａｎｇ，およびＧｅｒａｄｏ  Ｄｅｌｇａｄｉｎｏ
【関連出願の相互参照】
【０００２】
本願は、２００２年７月９日に出願されたＤａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＣＯＮＴＲＯＬ」という発明の名称の同時係属中の米国特許出願第１０／１９２，２７１号の一部継続出願である。
【０００３】
また、本願は、以下の出願に関する主題も含む。２０００年３月１７日に出願されたＤａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる「ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＯＶＥＲＨＥＡＤ  ＲＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＴＵＮＥＤ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＰＬＡＳＭＡ」という発明の名称の米国特許出願第０９／５２７，３４２号、２０００年３月１７日に出願された米国特許出願第０９／５２７，３４２号の一部継続出願である、２００１年１０月２２日に出願されたＤａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる「ＭＥＲＩＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＯＶＥＲＨＥＡＤ  ＲＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＴＵＮＥＤ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＷＩＴＨ  ＡＲＣＩＮＧ  ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ」という発明の名称の米国特許出願第１０／００７，３６７号、および２０００年３月１７日に出願された米国特許出願第０９／５２７，３４２号の一部継続出願である、２００１年１２月１９日に出願されたＤａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる「ＰＬＡＳＭＡ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＷＩＴＨ  ＯＶＥＲＨＥＡＤ  ＲＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＴＵＮＥＤ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＷＩＴＨ  ＡＲＣＩＮＧ  ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ」という発明の名称の米国特許出願第１０／０２８，９２２号。
【背景】
【０００４】
上記に引用した出願には、半導体ワークピースを支持するペデスタルにあるカソードを介して、ＨＦプラズマバイアスパワーが連結されている間、ＶＨＦプラズマソースパワーが、オーバーヘッド電極によって適用されるプラズマリアクタが記述されている。ＶＨＦオーバーヘッド電極は、プラズマイオンの密度分布の中央部が高くなりやすい傾向がある。バイアスパワーによって生じる電場は、不均一になる傾向があり、そのため、ウェハまたはワークピース表面でのプラズマイオン密度の分布も不均一になってしまう。
【０００５】
均一なプラズマイオン密度分布が非常に望ましく、その理由として、全ワークピース表面にわたって形状、エッチングプロファイル、およびエッチング速度を均一に制御しやすくなることで、プロセスウィンドウがより広くなるということが挙げられる。したがって、不均一なプラズマイオン密度径分布を補正可能な特徴が有益である。このような特徴を見出すにあたり、本発明者らは、このような特徴を作る際に、本願明細者等が解決を提案する不均一なプラズマイオン密度径分布の特定の原因があることが分かった。特に、１つの原因は、ワークピース支持体を介して垂直方向上向きに延在する導体が存在することから生じる。この中央の導体は、ＨＦプラズマバイアスパワーをワークピースに伝える。第１に、中央の導体は、オーバーヘッドＶＨＦ電極によって、パワー投入の均一性に影響を与える。すなわち、ウェハ支持ペデスタルを介してＶＨＦパワーの接地リターンパスにインピーダンスの不均一な径分布を生じてしまう。第２に、中央の導体は、ワークピース支持体に適用されたＨＦプラズマバイアスパワーによって発生する電場の径分布に影響を与える。本発明者らは、ＶＨＦ接地パスウの不均一性およびＨＦバイアス電場の不均一性の両方を同時に解消するか、または、ＶＨＦソースパワーがない場合、ＨＦバイアス電場の不均一性のみを解消する特徴の構築を提案する。
【開示の概要】
【０００６】
半導体ウェハを処理するためのプラズマリアクタが、チャンバを画成する側壁およびオーバーヘッド天井と、半導体ワークピースを支持するための天井と対面する作業面と、ウェハを静電チャックするための作業面の下にある伝導性メッシュとを有するチャンバ内のワークピース支持カソードと、プロセスガスをチャンバに導入するためのプロセスガス入口と、バイアスパワー周波数を有するＲＦバイアスパワー発生器とを含む。伝導性メッシュには、バイアスパワー供給点があり、ＲＦバイアスパワー発生器と伝導性メッシュのバイアスパワー供給点との間には、ＲＦ導体が接続される。誘電スリーブが、ＲＦ導体の部分を囲み、このスリーブは、ＲＦ導体に沿った軸方向の長さと、ＲＦ導体に沿った誘電率および軸方向の位置と、作業面にわたってプラズマイオン密度の均一性を高めるリアクタンスをスリーブが与えるようなスリーブの長さ、誘電率、および位置とを有する。
【０００７】
一態様によれば、誘電スリーブによって発生するリアクタンスは、バイアスパワー周波数での供給点のインピーダンスを、ＲＦ導体およびスリーブの周りにあるワークピース支持ペデスタルの部分のインピーダンスに近い値までもたらす。別の態様によれば、天井は、オーバーヘッド電極であり、リアクタは、ソース周波数を有するソースパワー発生器と、ソースパワー発生器とオーバーヘッド電極との間に接続されたインピーダンス整合要素とを更に含み、供給点は、ソースパワー周波数でインピーダンスを有し、スリーブのリアクタンスは、この供給点インピーダンスをほぼゼロまで下げる。これらの態様の両方は、組み合わせて実現されてもよい。
【０００８】
更なる態様によれば、リアクタは、一般的に、ワークピースの周囲に対応する内径を有する環状のＲＦ結合リングを含むことができ、ＲＦ結合リングは、作業面とオーバーヘッド電極との間の距離の十分な部分を延長して、ワークピースの周囲付近のプラズマイオン密度を高める。ＲＦ結合リングは、作業面に取り付けられてもよく、結合リングの厚み分、作業面上方に延在する最上面を有する。または、ＲＦ結合リングは、天井に取り付けられてもよく、結合リングの厚み分、天井の下方に延在する底面を有してもよい。または、作業面上のリングは、天井上のリングと組み合わせられてもよい。ＲＦ結合リング（または複数のリング）は、誘電スリーブと組み合わせられてもよい。
【詳細な記載】
【０００９】
特定のプラズマリアクタによって示されるプラズマイオン密度分布は、チャンバ圧力、ガス混合および拡散、およびソースパワー放射パターンに応じる。本発明において、この分布は、プロセスの均一性を高めるために予め決定された選択分布または理想分布に近付くように磁気的に変更される。プラズマイオン密度分布が磁気的に変更または補正されることにより、ウェハまたはワークピースの表面にわたったプロセスの均一性が高められる。この目的のために、ユーザが決定する需要に応じて、磁気的に補正されたプラズマ分布は、不均一であってもよく、または均一であってもよい。本発明者らは、平均的な磁場強度がプラズマに圧力をかけて、プラズマの分布を所望のものに変化させる効率を高めることができることを発見した。この驚くべき結果は、磁場の勾配の半径方向成分を増大させることによって、本発明により達成可能である。半径方向は、円筒状のチャンバの対称軸の周りのものとして理解される。したがって、必要なものは、大きな半径方向の勾配と、他の方向の小さな磁場強度を有する磁場構成である。このような磁場は、対称軸が円筒状のリアクタチャンバの軸と一致するカプス状である。カスプ状の磁場を発生させる１つの方法は、円筒状のチャンバの上方および下方にコイルを設け、これらのコイルに反対方向にＤＣ電流を流すことである。
【００１０】
チャンバのデザインによっては、ウェハペデスタルの下方にコイルを設けることが実現不可能な場合があり、したがって、最初のケースの場合、上部コイルがこれらの目的を満たす。更に、所与のプラズマリアクタチャンバに固有のプラズマイオン分布（「周囲の」プラズマイオン分布）を正確に制御または変更するために、カスプ状の磁場を構成または調節可能であることが要求されている。異なる容量結合リアクタに与えられたプラズマイオン分布は大幅に変動する可能性があるため、場合によっては、このような調節が必須なことがある。磁場勾配の半径方向成分は、周囲分布を所望の分布に変更するように要求された磁気圧力を印加するように選択される。例えば、所望の分布が均一な分布であれば、印加された磁場は、磁場がない場合にリアクタによって示されるプラズマイオン密度の径分布の不均一性を打ち消すように選択される。この場合、例えば、リアクタが、プラズマイオン密度の分布の中央が高くなる傾向にあれば、磁場勾配は、ウェハ支持ペデスタルの中心にわたってプラズマ密度を維持し、周囲付近で密度を高めて、均一性を高めるように選択される。
【００１１】
カスプ状の磁場のこのような調節は、第１のコイルと異なる（例えば、小径）直径の少なくとも第２のオーバーヘッドコイルを設けることによって、本発明により達成される。それぞれのコイルのＤＣ電流は、ある所望のプラズマイオン分布に近付くように任意の周囲プラズマイオン分布を仮想的に変更するために、カスプ状の磁場を高度に柔軟に構成できるように個別に調節可能である。磁場構成のこのような選択は、中心が高いか、または中心が低いプラズマイオン密度分布を修正するようにデザインされ得る。
【００１２】
カスプ状の磁場が、磁場強度に対して大きな半径方向勾配を有し（上述したように）、したがって、プラズマに補正圧力をかける際に非常に効率的であるが、磁場は時間が経過しても一定であるため、アークを発生する傾向がほとんどないため、必要に応じて、補正容量がより大きい場合であっても、ある程度強い磁場が用いられてもよいという点で、実現可能な１つの利点に二重の利点がある。以下、本願明細書に記載するように、この特徴は、チャンバ圧力が高圧の場合に非常に役に立ち得る。
【００１３】
図１Ａは、調節可能なカスプ状の磁場を与えることが可能な容量結合プラズマリアクタを示す。図１Ａのリアクタは、円筒状の側壁５と、ガス分配プレートである天井１０と、半導体ワークピース２０を保持するウェハ支持ペデスタル１５とを含む。天井１０またはガス分配プレートは、アノードとして働くことができるように伝導性のものであってもよく、または、アノードを取り付けてもよい。天井１０またはガス分配プレートは、典型的に、アルミニウム製のものであり、チャンバに面する内面に、内部ガスマニホールドおよびガス注入口を有する。プロセスガス供給部２５が、プロセスガスをガス分配プレート１０に供給する。真空ポンプ３０が、リアクタチャンバ内の圧力を制御する。リアクタチャンバ内にプラズマを点火し維持するためのプラズマソースパワーは、ウェハ支持ペデスタルがＲＦ電極として働くように、インピーダンス整合回路４５を介してウェハ支持ペデスタル１５に接続されたＲＦ発生器４０によって発生する。アノード（導体材料から形成された天井１０であってもよい）は、対極として働くＲＦ接地に接続される。このようなリアクタのプラズマイオン密度分布は、非常に不均一になる傾向があり、典型的に、中心が高い。
【００１４】
図１Ｂは、天井１０が、図１Ａのように接地に直接接続されてというより、ＲＦインピーダンス整合要素１１（略図的にのみ図示）を介して、プラズマソースパワーを供給するＶＨＦ信号発生器１２に接続されている特徴を示す。この場合、ＲＦ発生器４０は、半導体ウェハまたはワークピース２０でのＲＦバイアスを制御するにすぎない。（ＲＦインピーダンス整合要素１１は、同軸調整スタブまたはストリップライン回路などの固定調整要素であってもよい。）このような特徴については、以下の本願明細書の部分において更に詳細に記載する。
【００１５】
プラズマイオン密度の分布を制御するために、天井１０の上方に誘導コイルのセットが設けられる。図１Ａの場合、コイルセットは、円筒状のチャンバと同軸である内側コイル６０および外側コイル６５を含み、各々は、導体からなる単一の巻線を構成する。図１Ａに一巻として巻線６０、６５を示しているが、これらは、各々、例えば、図１Ｂに示すように、垂直方向に配設された複数巻からなるものであってもよい。または、図１Ｃに示すように、巻線６０、６５は、垂直方向と水平方向の両方に延在してもよい。図１Ａの場合、内側コイル６０は、外側コイル６５より更に天井１０の上方に離れた位置にある。しかしながら、他の場合、この配置は逆転されてもよく、または、２つのコイル６０、６５は、天井１０の上方の同じ高さに位置してもよい。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂの場合、コントローラ９０が、コイル６０、６５のそれぞれに接続された独立したＤＣ電流供給部７０、７５をそれぞれ制御することによって、オーバーヘッドコイル６０、６５のそれぞれに流れる電流の大きさおよび極性を決定する。以下、図２を参照すると、コントローラ９０が、コントローラ９０を介して電流を供給するＤＣ電流供給部７６からコイル６０、６５へのＤＣ電流を制御する場合が示されており、コントローラ９０は、コイル６０、６５のそれぞれに接続されている。いずれの場合においても、コントローラ９０は、異なる極性および大きさのＤＣ電流を、コイル６０、６５の異なるものに流すことが可能である。図２の場合、コントローラ９０は、コイル６０、６５のそれぞれに適用されるＤＣ電流を調節する一対のポテンショメータ８２ａ、８２ｂと、コイル６０、６５の各々に適用されたＤＣ電流の極性を独立して決定する一対の連結されたスイッチ８４ａ、８４ｂとを含む。ポテンショメータ８２ａ、８２ｂおよび連結されたスイッチ８４ａ、８４ｂをインテリジェント管理するために、コントローラ９０にマイクロプロセッサ９１などのプログラム可能なデバイスを含むことができる。
【００１７】
外側コイル６５より天井１０の上方の高い位置に内側コイル６０が配置された、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示す２つのコイル６０、６５の配置により、特定の利点が得られる。詳しく言えば、いずれかのコイルによって与えられる磁場勾配の半径方向成分は、少なくとも概略で、コイルの半径に比例し、コイルからの軸変位に反比例する。したがって、内側および外側コイル６０、６５は、サイズと変位が異なるため、異なる役割を果たすことになる。すなわち、外側コイル６５は、半径がより大きく、ウェハ２０により近接しているため、ウェハ２０の表面全体にわたって優位を占めるのに対して、内側コイル６０は、ウェハの中心付近に最大の影響を有し、磁場を微調整したり形作ったりするためのトリムコイルとして見なし得る。半径が異なり、プラズマからの変位が異なる位置に配置された異なるコイルによって、このような差動制御を実現するために、他の配置も可能な場合もある。以下、作業例を参照しながら、本願明細書において記載するように、周囲プラズマイオン密度分布の異なる変化は、それぞれのオーバーヘッドコイル（６０、６５）に流れる大きさの異なる電流を選択することによってだけではなく、異なるオーバーヘッドコイルの電流の異なる極性または方向を選択することによって得られる。
【００１８】
図３Ａは、図１Ａの場合の、ウェハ２０上での半径方向の位置と、内側コイル６０によって発生する磁場の半径方向（実線）成分および方位角（点線）成分との関係を示す。図３Ｂは、ウェハ２０上での半径方向の位置と、外側コイル６５によって発生する磁場の半径方向（実線）成分と方位角（点線）成分との関係を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示すデータは、ウェハ２０が直径３００ｍｍであり、内側コイル６０が直径１２インチであり、プラズマ上方の約１０インチに配置され、外側コイル６５が直径２２インチであり、プラズマ上方の約６インチに配置された実施例において得られたものである。図３Ｃは、内側および外側オーバーヘッドコイル６０、６５によって発生する半カスプ状の磁力線パターンの簡易図である。
【００１９】
図２のコントローラ９０は、ウェハ表面での磁場を調節することによって、プラズマイオン密度の空間分布を変化させるために、コイル６０、６５のそれぞれに適用される電流を変化させ得る。以下に示すものは、コイル６０、６５の異なるコイルによって適用される異なる磁場の影響であり、コントローラ９０が、これらの磁場を変化させることによって、チャンバでのプラズマイオン分布にどの程度大きく影響を与え、向上を図ることができるかを示す。以下の例において、プラズマイオン分布ではなくウェハ表面にわたったエッチング速度の空間分布は、直接測定される。エッチング速度分布は、プラズマイオン分布の変化とともに直接変化し、したがって、一方の変化は、他方の変化によって反映される。
【００２０】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、低チャンバ圧力（３０ｍＴ）でのみ内側コイル６０を用いて実現された有益な結果を示す。図４Ａは、ウェハ２０の表面上の位置（横軸ＸおよびＹ）と、測定されたエッチング速度（縦軸Ｚ）との関係を示す。したがって、図４Ａは、ウェハ表面の平面におけるエッチング速度の空間分布を示す。図４Ａに、エッチング速度の分布の中心が高い不均一性が明確に見て取れる。図４は、磁場が適用されていない場合に相当し、リアクターに固有であり、補正が必要である不均一なエッチング速度の分布を示す。エッチング速度の標準偏差は、この場合、５．７％である。図４および図５において、磁場強度は、ウェハの中心付近の軸方向の場として記載されているが、均一性を高めるために、プラズマイオン密度の径分布に作用するものであると理解される。軸方向の場を選択した理由は、容易に測定されるためである。ウェハの縁での半径方向の場は、典型的に、この場所での軸方向の場の約３分の１である。
【００２１】
図４Ｂは、内側コイル６０が、９ガウスの磁場を生成するように励起されたとき、どのようにエッチング速度分布が変化するかを示す。不均一性は、４．７％の標準偏差まで低減する。
【００２２】
図４Ｃにおいて、内側コイル６０の磁場は、１８ガウスまで上げられ、中央にある頂点が大幅に下がったことが分かり、その結果として、ウェハにわたったエッチング速度の標準偏差は、２．１％までに低減する。
【００２３】
図４Ｄにおいて、内側コイル６０の磁場は、２７ガウスまで更に上げられるため、図４Ａの中心が高いパターンがほぼ反転して、中心が低いパターンになっている。図４Ｄの場合のウェハ表面にわたったエッチング速度の標準偏差は、５．０％である。
【００２４】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄは、より高いチャンバ圧力（２００ｍＴ）でコイル６０、６５の両方を使用する有益な結果を示す。図５Ａは、図４Ａに対応し、磁場によって補正されていないリアクタの中心が高いエッチング速度の不均一性を示す。この場合、ウェハ表面にわたったエッチング速度の標準偏差は、５．２％である。
【００２５】
図５Ｂにおいて、外側コイル６５は、２２ガウスの磁場を発生させるように励起され、この磁場は、エッチング速度分布の中央の頂点をある程度低減させる。この場合、エッチング速度の標準偏差は、３．５％まで下がる。
【００２６】
図５Ｃにおいて、コイル６０、６５の両方は、２４ガウスの磁場を発生するように励起される。図５Ｃに見られる結果は、エッチング速度分布の中央の頂点が著しく低減しているのに対して、周囲付近のエッチング速度は高くなっている。全体的な結果は、標準偏差が３．２％と低いより均一なエッチング速度の分布である。
【００２７】
図５Ｄにおいて、両方のコイルが、過剰補正を発生する４０ガウスの磁場を発生するように励起されることによって、ウェハ表面にわたったエッチング速度の分布は、中央が低い分布に変化する。後者の場合のエッチング速度の標準偏差は、（図５Ｃの場合に対して）３．５％へとわずかに上昇する。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｄの低圧力テストで得られた結果と、図５Ａ〜図５Ｄの高圧力テストで得られた結果とを比較すると、より高いチャンバ圧力の場合、エッチング速度の不均一な分布に同様の補正を達成するには、非常に強い磁場が要求されることが分かる。例えば、３０ｍＴでは、１８ガウスで内側コイル６０のみを使用するだけで最適な補正が得られているのに対して、３００ｍＴでは、最適な補正を達成するためには、コイル６０、６５の両方のコイルを用いた２４ガウスの磁場が要求される。
【００２９】
図６は、オーバーヘッドコイルの磁場が、プラズマイオン密度またはエッチング速度分布の均一性には多大な影響を与えるが、エッチング速度そのものにはあまり影響を与えないことを示す。このことは、エッチング速度分布の均一性を高めることは望ましいが、特定の半導体プロセスに対して選択されたエッチング速度を変化させないことが好ましいため、利点である。図６において、ひし形の記号は、磁場（横軸）と測定されたエッチング速度（左側の縦軸）との関係を示すのに対して、正方形の記号は、磁場とエッチング速度の標準偏差（不均一性）（右側の縦軸）との関係を示す。図示した範囲における不均一性の変化は、ほぼ一桁の大きさであり、エッチング速度の変化は、約２５％だけである。
【００３０】
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃのオーバーヘッドコイルインダクタ６０、６５は、従来のＭＥＲＩＥリアクタとともに用いられてもよい。図７および図８は、４つの従来のＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８およびＭＥＲＩＥ電流コントローラ９９の追加の特徴を備えた図１Ａに対応する場合を示す。電流コントローラ９９は、ＡＣ電流をＭＥＲＩＥ電磁石９２、９４、９６、９８のそれぞれに供給する。それぞれの電流は、同じ低周波数のものであるが、従来のようにチャンバ内で磁場を低速回転するように、９０度だけ位相ずれがある。
オーバーヘッドコイル用いたプラズマ分布の制御
本発明の方法によれば、特定のリアクタに固有のウェハ表面にわたったプラズマイオン密度分布は、オーバーヘッドコイル６０、６５によって発生する特定の磁場を選択することによって、特定の方法で適応される。例えば、プラズマ分布は、ウェハ表面にわたってより均一のエッチング速度分布を発生させるように適応されてもよい。このような適応処理は、例えば、オーバーヘッドコイルにおけるＤＣ電流の流れの最適な極性および振幅を選択するようにコントローラ９０をプログラミングすることによって達成される。この例は、２つの同心オーバーヘッドコイル（すなわち、コイル６０および６５）のみを備えたリアクタに関するが、この方法は、３つ以上のコイルを用いて実行可能であり、より多くの数のオーバーヘッドコイルを用いてより正確な結果を出すことができる。磁場は、ウェハ表面にわたってプラズマイオン密度分布を変化させるようにコントローラ９０によって適応され、これは、エッチング速度分布に影響を与える。
【００３１】
第１の工程は、オーバーヘッドコイル６０、６５からのいずれの補正磁場もない場合に、ウェハ表面にわたったエッチング速度分布を測定することである。次の工程は、エッチング速度分布をより均一にするプラズマイオン密度分布の変化を決定することである。最後の工程は、プラズマイオン密度分布の所望の変化を起こす磁場を決定することである。この磁場から、このような場を発生するのに必要なオーバーヘッドコイル６０、６５における電流の大きさおよび方向を、周知の静電磁場の方程式から計算できる。
【００３２】
本発明者らは、磁場から、オーバーヘッドコイル６０、６５の磁場によってプラズマにかけられる圧力（いわゆる、「磁気圧力」）を計算する方法を見出した。以下、これについて記載する。プラズマに磁気圧力がかかると、プラズマイオン密度分布に変化が生じる。このようにプラズマイオン密度分布が変化すると、ウェハ表面にわたったエッチング速度分布に比例変化が生じ、これは、直接観察可能である。したがって、ウェハ表面にわたったプラズマイオン密度分布およびエッチング速度分布は、比例因子によって少なくとも概略的に関連付けられる。
【００３３】
まず、ウェハ表面にわたったエッチング速度の空間分布は、オーバーヘッドコイル６０、６５からの磁場を適用する前に測定される。この磁場から、エッチング速度分布の所望の変化（均一の分布を達成するために）を決定できる。次に、チャンバ内の位置およびコイルでの電流の流れに関係する、各オーバーヘッドコイル６０、６５によって発生する磁場の空間分布が、各コイルの幾何学的形状から解析的に決定される。その後、既知の電流セットをコイルに適用した後、ウェハ表面にわたったエッチング速度分布の結果的な変化を測定することによって、ウェハ表面でのすべてのコイルからの磁場のベクトル和を、ウェハ表面でのエッチング速度分布の変化に関係させるリニアスケール因子を推定できる。（このスケール因子は、一般的に、プラズマの中立圧力の関数であり、最大約５００ｍＴのチャンバ圧力まで有効である。）したがって、エッチング速度分布の所望の変化または補正が与えられると（より良好な均一性を達成するために）、必要な磁場を見つけることができ（本願明細書において以下に記載する方法で）、予め解析的に決定された磁場空間分布関数を用いて、その磁場から対応するコイル電流を推測できる。
【００３４】
エッチング速度分布における不均一性への所望の補正は、種々の方法で確立できる。例えば、「差」分布を生じさせるために、ウェハ表面にわたった二次元エッチング速度分布を、均一のまたは平均的なエッチング速度から差し引くことができる。この方法で補正されるエッチング速度分布の不均一性は、容量結合ソースパワーの不均一な適用、不均一なプロセスガス分布とともに、不均一なプラズマイオン密度分布を含む、リアクタチャンバにおける種々の要因の結果である。前述した方法において、不均一性は、磁気圧力でプラズマイオン密度分布を変化させることによって補正される。
【００３５】
また、何らかの所望の方法で、不均一である「補正された」プラズマ分布を確立するために、以下の方法を用いることもできる。この場合、施される補正は、「補正されていない」または周囲のプラズマイオン密度分布と、所望の分布との差（不均一である）である。このように、この方法は、プラズマ密度分布をより均一にするか、または必ずしも均一でない特定の選択された密度分布パターンにするために有益である。
【００３６】
以下、図９を参照しながら、前述した方法を実行するための一連の工程について記載する。
【００３７】
第１の工程（図９のブロック９１０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５の各々に対して、コイルでの電流の流れおよびウェハ表面上での半径方向の位置の関数として、ウェハ表面での磁場の表示を解析的に決定することである。円筒座標を用いて、この表現は、ｉ番目のコイルに対して、Ｂｉ（ｒ，ｚ＝ウェハ，Ｉｉ）として書き表されてもよい。これは、ビオ・サバールの法則から非常に容易な方法で求められる。
【００３８】
次の工程（図９のブロック９２０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５に電流が流れない場合に実行される。この工程において、ウェハ表面にわたったプラズマイオン密度の空間分布が測定される。この空間分布は、ｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）として書き表されてもよい。この工程において、プラズマイオン密度分布は、テストウェハの表面にわたったエッチング速度分布を測定することによって間接的に測定され得る。当業者であれば、エッチング速度分布からプラズマイオン密度分布を容易に推測できる。
【００３９】
次に、ブロック９３０の工程において、前の工程において測定されたプラズマイオン密度空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）への補正値ｃ（ｒ）が求められる。補正値ｃ（ｒ）は、任意の数の適切な方法で定義されてもよい。例えば、補正値は、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）として定義されてもよい。このように、ｃ（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）に追加することで、均一な振幅がｎ（ｒ）ｍａｘに等しい「補正された」分布が得られる。補正関数ｃ（ｒ）は、異なる均一の振幅を生じるように異なるように定義されてもよいことは言うまでもない。または、簡潔に上述したように、所望の分布が不均一であれば、補正値は、所望の分布とｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）との間の差である。
【００４０】
次の工程（ブロック９４０）は、オーバーヘッドコイル６０、６５の各々に対して「テスト」電流Ｉｉを選択することであり、適切なコイルに電流をかけ、その結果得られるプラズマイオン分布を測定し、それをｎ（ｒ，ｚ＝ウェハ）ｔｅｓｔとして書き表してもよい。イオン分布の変化Δｎ（ｒ）は、磁場がある場合と磁場がない場合のイオン分布を差し引くことによって得られる。
【００４１】
【数１】
0004698222.tif 000002
【００４２】
次の工程（ブロック９５０）は、磁場（すなわち、磁気圧力）によってかけられる圧力勾配をイオン分布Δｎ（ｒ）の変化に関係させるスケール因子Ｓを計算することである。この計算は、Δｎ（ｒ）で磁気圧力勾配を除算することによって実行される。ｉ番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝ウェハ，Ｉｉ）の磁気圧力勾配は、磁気流体力学の方程式にしたがって、コイルの各々に対して個々に計算される。
【００４３】
【数２】
0004698222.tif 000003
【００４４】
式中、下付き文字ｒは半径方向成分を表す。次に、各コイルに対してこのように個々に得られた結果を合計する。よって、全磁気圧力勾配は、以下の通りである。
【００４５】
【数３】
0004698222.tif 000004
【００４６】
よって、スケール因子Ｓは、以下の通りである。
【００４７】
【数４】
0004698222.tif 000005
【００４８】
この除算演算は、異なる値ｒで実行されてもよく、その結果は、スカラー形式のＳを得るために平均化されてもよい。言い換えれば、スケール因子Ｓは、ｒの関数であり、適切な方法で用いられる。
【００４９】
ブロック９５０の工程において得られるスケール因子Ｓは、磁気圧力を決定するコイル電流Ｉｉと、イオン分布の結果的な変化との間のリンクである。詳しく言えば、コイル電流Ｉｉのセットが与えられると、イオン分布ｎ（ｒ）の対応する変化が、スケール因子ＳによってＩｉのセットから求められた磁気圧力を乗算することによって計算し得る。
【００５０】
【数５】
0004698222.tif 000006
【００５１】
これにより、以下の工程（ブロック９６０）の基礎となるものが与えられ、コンピュータ（マイクロプロセッサ９１など）は、前述の方程式を用いて、予め特定された、または所望のプラズマイオン密度分布の変化Δｎ（ｒ）への最良の近似値を与えるコイル電流Ｉｉのセットを検索する。この場合、所望の変化は、ブロック９３０の工程において計算された補正関数ｃ（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータは、以下の条件を満たすコイル電流Ｉｉのセットを検索する。
【００５２】
【数６】
0004698222.tif 000007
【００５３】
この検索は、例えば、最急降下法を伴う周知の最適化技術によって実行されてもよい。このような技術は、当業者によって容易に実行され、本願明細書において記載される必要はない。
【００５４】
この検索によって見つかったコイル電流Ｉｉのセットの大きさおよび極性は、コントローラ９０に送信され、コントローラ９０は、これらの電流をコイル６０、６５のそれぞれに適用する。
【００５５】
図１０は、ウェハ表面での半径方向の位置の関数として、磁気圧力（実線）とプラズマイオン分布の測定した変化（点線）とを比較する。上述したように、磁気圧力は、オーバーヘッドコイルの磁場の２乗の勾配である。図１０は、磁場とイオン密度分布の変化との間に良好な相関関係があることを示す。
【００５６】
図１１〜図１４に、このような方法の応用を示す。図１１は、ウェハ表面でのエッチング速度の空間分布における不均一性または標準偏差（縦軸）が、オーバーヘッドコイルの１つのコイル電流とともにどのように変動したかを示す。コイル電流がゼロの場合、標準偏差は約１２％であり、イオン分布は、図１２に示すように、中心が高い。
【００５７】
コイル電流が約１７アンペアの場合、約３％の最小不均一性が達成される。これは、約４倍の改良を示す（すなわち、エッチング速度分布の標準偏差が１２％から３％へ）。図１３Ａに、実際のまたは測定したエッチング速度分布を示すのに対して、図１３Ｂに、図９の技術を用いて予測されたエッチング速度分布を示す。
【００５８】
コイル電流が３５アンペアと高い場合、エッチング速度分布の標準偏差は、約１４％であった。図１４Ａに、測定したエッチング速度の空間分布を示すのに対して、図１４Ｂに、予測した分布を示す。
【００５９】
再度、図１３Ａを参照すると、得られた最も均一のイオン分布は、確実に平坦ではなく、実際には、「ボウル」状であり、周辺付近が凹形で、中心付近が凸形である。個々のオーバーヘッドコイルの数がより多い場合（例えば、３つ以上）、より高い解像度とより良好な結果の均一性で、電流の最適化を実行することが可能である。したがって、本発明は、コイルを２つのみ有する場合に限定されない。本発明は、１つまたは３つ以上のオーバーヘッドコイルを用いて様々な結果で実行されてもよい。
【００６０】
天井表面でのプラズマイオン密度分布またはエッチング速度分布を制御するために、同じ方法が適用されてもよい。このようなアプローチは、例えば、チャンバの洗浄動作中に有益なことがある。図１５は、イオン密度（またはエッチング速度）の空間分布の均一性が最適化される、図９の方法の一例を示す。図１５の工程、すなわち、ブロック９１０’、９２０’、９３０’、９４０’、９５０’、および９６０’は、ウェハ面ではなく天井面に実行されている点を除き、図９の工程、すなわち、ブロック９１０、９２０、９３０、９４０、９５０、および９６０と同じである。
【００６１】
第１の工程（図１５のブロック９１０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５の各々に対して、コイルでの電流の流れおよびウェハ表面上での半径方向の位置の関数として、天井表面での磁場の表示を解析的に決定することである。円筒座標を用いて、この表現は、ｉ番目のコイルに対して、Ｂｉ（ｒ，ｚ＝天井，Ｉｉ）として書き表されてもよい。これは、単純な静電磁場の方程式から求められ、コイル電流Ｉｉおよび天井表面上での半径方向の位置ｒの関数だけでなく、コイルの半径や、コイルと天井内面との間の距離ｚ＝天井などの定数の関数である。
【００６２】
次の工程（図１５のブロック９２０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５に電流が流れない場合に実行される。この工程において、天井表面にわたったプラズマイオン密度の空間分布が測定される。この空間分布は、ｎ（ｒ，ｚ＝天井）として書き表されてもよい。この工程において、プラズマイオン密度分布は、従来のプローブまたは他の間接技術によって測定され得る。
【００６３】
次に、ブロック９３０’の工程において、前の工程において測定されたプラズマイオン密度空間分布関数ｎ（ｒ，ｚ＝天井）への補正値ｃ’（ｒ）が求められる。（上述した図１５の計算と図９のものとを区別するために、本願明細書ではプライム符号の表記法が用いられており、本願明細書において使用されているような導関数を意味するものではないことを留意されたい。）補正値ｃ’（ｒ）は、任意の数の適切な方法で定義されてもよい。例えば、補正値は、最大値ｎ（ｒ，ｚ＝天井）ｍａｘ−ｎ（ｒ，ｚ＝天井）として定義されてもよい。このように、ｃ’（ｒ）をｎ（ｒ，ｚ＝天井）に追加することで、均一な振幅がｎ（ｒ）ｍａｘに等しい「補正された」分布が得られる。補正関数ｃ’（ｒ）は、異なる均一の振幅を生じるように異なるように定義されてもよいことは言うまでもない。また、特定の不均一の分布が望ましければ、補正値は、修正されていないか、または周囲のプラズマ分布ｎ（ｒ，ｚ＝天井）と所望の不均一の分布との間の差である。したがって、この方法は、特定の不均一のパターンを有する所望のプラズマイオン分布を確立するか、または均一のプラズマイオンミグ度分布を確立するかのいずれかのために用いることができる。
【００６４】
次の工程（ブロック９４０’）は、オーバーヘッドコイル６０、６５の各々に対して「テスト」電流Ｉｉを選択することであり、適切なコイルに電流をかけ、その結果得られるプラズマイオン分布を測定し、それをｎ（ｒ，ｚ＝天井）ｔｅｓｔとして書き表してもよい。イオン分布の変化Δｎ（ｒ）は、磁場がある場合と磁場がない場合のイオン分布を差し引くことによって得られる。
【００６５】
【数７】
0004698222.tif 000008
【００６６】
次の工程（ブロック９５０’）は、磁場（すなわち、磁気圧力）によってかけられる圧力勾配をイオン分布Δｎ（ｒ）の変化に関係させるスケール因子Ｓ’を計算することである。この計算は、Δｎ（ｒ）で磁気圧力勾配を除算することによって実行される。ｉ番目のコイルの磁場Ｂ（ｒ，ｚ＝天井，Ｉｉ）の磁気圧力勾配は、磁気流体力学の方程式にしたがって、コイルの各々に対して個々に計算される。
【００６７】
【数８】
0004698222.tif 000009
【００６８】
式中、下付き文字ｒは半径方向成分を表す。次に、各コイルに対してこのように個々に得られた結果を合計する。よって、全磁気圧力勾配は、以下の通りである。
【００６９】
【数９】
0004698222.tif 000010
【００７０】
よって、スケール因子Ｓは、以下の通りである。
【００７１】
【数１０】
0004698222.tif 000011
【００７２】
ブロック９５０’の工程において得られるスケール因子Ｓ’は、磁気圧力を決定するコイル電流Ｉｉと、イオン分布の結果的な変化との間のリンクである。詳しく言えば、コイル電流Ｉｉのセットが与えられると、イオン分布ｎ’（ｒ）の対応する変化が、スケール因子Ｓ’によってＩｉのセットから求められた磁気圧力を乗算することによって計算し得る。
【００７３】
【数１１】
0004698222.tif 000012
【００７４】
これにより、以下の工程（ブロック９６０’）の基礎となるものが与えられ、コンピュータ（マイクロプロセッサ９１など）は、前述の方程式を用いて、予め特定された、または所望のプラズマイオン密度分布の変化Δｎ’（ｒ）への最良の近似値を与えるコイル電流Ｉｉのセットを検索する。この場合、所望の変化は、ブロック９３０’の工程において計算された補正関数ｃ’（ｒ）に等しい。言い換えれば、コンピュータは、以下の条件を満たすコイル電流Ｉｉのセットを検索する。
【００７５】
【数１２】
0004698222.tif 000013
【００７６】
この検索は、例えば、最急降下法を伴う既知の最適化技術によって実行されてもよい。このような技術は、当業者によって容易に実行され、本願明細書において記載される必要はない。
【００７７】
この検索によって見つかったコイル電流Ｉｉのセットの大きさおよび極性は、コントローラ９０に送信され、コントローラ９０は、これらの電流をコイル６０、６５のそれぞれに適用する。
【００７８】
オーバーヘッドコイルが１つだけの場合、装置は、両方同時にではなく、ウェハまたは天井のいずれかでプラズマイオン分布の均一性を最適化するために使用され得る。オーバーヘッドコイルが少なくとも２つの場合（例えば、オーバーヘッドコイル６０および６５）、プラズマイオン分布の均一性は、ウェハと天井の両方で同時に少なくともほぼ最適化され得る。
オーバーヘッドコイルでのプラズマのステアリング
本発明者らは、コイル電流Ｉｉを、天井および／または側壁の方へプラズマを向けたり、ウェハ表面へ向けたりするように選択することができることを発見した。また、コイル電流Ｉｉは、図９の方法に類似した方法で天井表面でのプラズマ密度分布の均一性を高めるように選択されてもよい。その結果、プラズマは、ウェハでの処理中に集束されてもよく、その後、洗浄中に、天井および／または側壁上に集束されてもよい。天井でプラズマを集束することによって、洗浄時間が短縮されてもよい。
【００７９】
一例において、コントローラ９０によってチャンバの側壁にプラズマを向け、−１７．５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋１２．５アンペアの電流を外側コイル６５にかける。図１６は、ゼロ半径からチャンバの周囲まで横軸に沿って延在し、ウェハ表面から天井まで縦軸に沿って延在するチャンバ内部の半径部分を示す。図１６の小さな矢印は、コントローラ９０によってチャンバの側壁にプラズマを向け、−１７．５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋１２．５アンペアの電流を外側コイル６５に向けるとき、チャンバにある様々な位置での磁場の大きさおよび方向を示す。図１７は、半径方向の位置の関数として、ウェハ表面での磁場の２乗の対応する勾配を示す。
【００８０】
別の例において、コントローラ９０によってチャンバの最高部にプラズマを向け、−１２．５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋５アンペアの電流を外側コイル６５にかける。図１８は、ゼロ半径からチャンバの周囲まで横軸に沿って延在し、ウェハ表面から天井まで縦軸に沿って延在するチャンバ内部の半径方向の部分を示す。図１８の小さな矢印は、コントローラ９０によってチャンバの側壁にプラズマを向け、−１２．５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋５アンペアの電流を外側コイル６５に向けるとき、チャンバにある様々な位置での磁場の大きさおよび方向を示す。図１９は、半径方向の位置の関数として、ウェハ表面での磁場の２乗の対応する勾配を示す。
【００８１】
更なる例において、コントローラ９０によって天井の中心から側壁まで延在する磁力線に沿ってプラズマを向け、−２５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋２．７５アンペアの電流を外側コイル６５にかける。図２０は、ゼロ半径からチャンバの周囲まで横軸に沿って延在し、ウェハ表面から天井まで縦軸に沿って延在するチャンバ内部の半径方向の部分を示す。図２０の小さな矢印は、コントローラ９０によってチャンバの側壁にプラズマを向け、−２５アンペアの電流を内側コイル６０にかけ、＋２．５アンペアの電流を外側コイル６５に向けるとき、チャンバにある様々な位置での磁場の大きさおよび方向を示す。図２１は、半径方向の位置の関数として、ウェハ表面での磁場の２乗の対応する勾配を示す。
【００８２】
図１７は、プラズマが縁部に向けられるとき、チャンバの縁部付近で、プラズマに正の高磁気圧力がかけられることを示す。図１９は、天井の縁部にプラズマがかけられるとき、チャンバの縁部付近で、プラズマに低磁気圧力がかけられることを示す。図２１は、天井から縁部へ磁力線が延びるとき、チャンバ縁部付近に負の高圧が存在することを示す。
【００８３】
このように、オーバーヘッドコイル６０、６５の電流は、天井や側壁など、洗浄を要することがあるチャンバの種々の位置にプラズマを向けるように選択されてもよい。または、プラズマは、ウェハにより近い場所に集束されてもよい。プラズマをウェハまたは天井のいずれかに向けるために、または、あるステアリング率ＳＲに応じて、ウェハと天井との間にプラズマを分配するために、図２２に示すような方法が実行されてもよい。
【００８４】
以下、図２２を参照すると、第１の工程（図２２のブロック２２１０）は、オーバーヘッドコイル（例えば、コイル６０、６５の対）のすべてのコイル電流の関数として、チャンバ内の磁場の解析モデルを定義することである。これは、当業者であれば、静電磁場の方程式を用いて容易に達成され、本願明細書において記載する必要はない。磁場は、コイルの各々からの個々の磁場の合計である。各個々の磁場は、それぞれのコイルの直径、各コイルの位置、コイルの電流の流れ、およびチャンバの位置に応じる。よって、ｉ番目のコイルによって発生する磁場は、以下のように書き表されてもよい。
【００８５】
【数１３】
0004698222.tif 000014
【００８６】
よって、全磁場は、以下の通りである。
【００８７】
【数１４】
0004698222.tif 000015
【００８８】
次の工程（（ブロック２２２０）は、所望のプロセス条件のセットを満たす磁場のセットを選択することである。例えば、天井にプラズマを向けるために、図１８の例に示すように、天井の方へプラズマを押すプラズマにかかる磁気圧力を発生する磁場が選択される。側壁の方へプラズマを向けるために、図１６に示すように、周囲の方へプラズマを押すプラズマにかかる磁気圧力を発生する磁場が選択される。
【００８９】
特定の条件を満たす上記ブロック２２２０の工程において定義された各磁場に対して、コンピュータが、所望の磁場を発生するコイル電流のセットのために、ブロック２２１０の工程で定義されたモデルを検索する。これはブロック２２３０の次の工程である。ブロック２２３０の工程において得られた電流の各セットは、対応するプロセス条件に関連付けられたメモリ位置の対応する条件の名前とともに格納される（図２２のブロック２２４０）。特定のプロセス条件が選択されているときはいつでも（例えば、天井にプラズマを向けること）、マイクロプロセッサ９１は、対応するメモリ位置から電流値のセットを取り出し（ブロック２２５０）、適切なコイルに適用される対応する電流を生じさせる。
【００９０】
図２３は、マイクロプロセッサ９１が、ユーザ入力に応答するようにどのようにプログラムできるかを示す。まず、処理がウェハ表面のエッチングを含むか否かが判定され（ブロック２３１０）、処理が天井の洗浄（エッチング）を含むか否かが判定される（ブロック２３２０）。エッチング対象がウェハのみであれば、プラズマは、ウェハに向けられ（ブロック２３３０）、ウェハ表面でのプラズマ分布の均一性は、図９の方法を用いて最適化される（ブロック２３５０）。ウェハがエッチングされる一方で、同時に天井が洗浄されれば、プラズマ密度は、天井とウェハとの間で分配され（ブロック２３６０）、プラズマ密度の均一性は、図９のようなウェハ表面と図１５のような天井で最適化される（ブロック２３７０）。洗浄の対象が天井のみであれば、プラズマは天井に向けられ（ブロック２３８０）、天井でのプラズマ密度の均一性が最適化される（ブロック２３９０）。
ＶＨＦオーバーヘッド電極との使用
図２４は、固定された調整スタブを介してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有する容量結合リアクタが、どのように内側および外側コイル６０、６５に組み合わせられてもよいかを示す。２００１年１２月１９日に出願され、本願の譲受人に譲渡された、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによる「Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｏｖｅｒｈｅａｄ  ＲＦ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔｕｎｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ」という発明の名称の米国特許出願第１０／０２８，９２２号に、このようなリアクタが記載されており、同出願の開示を、参照として本願明細書に組み入れる。
【００９１】
図２４を参照すると、プラズマリアクタが、半導体ウェハ１１０を支持するチャンバの底部にあるウェハ支持体１０５を備えたリアクタチャンバ１００を含む。例示的な実施例において、プロセスキットが、接地チャンバ本体１２７上の誘電リング１２０によって支持された伝導性または半導性のリング１１５を含んでもよい。チャンバ１００の上部は、ディスク状のオーバーヘッド伝導性電極１２５によって境界がつけられており、この電極１２５は、誘電シールによって接地されたチャンバ本体１２７上のウェハ１１０上方にギャップの長さで支持される。一実施例において、ウェハ支持体１０５は、ギャップの長さが変化できるように、垂直方向に移動可能である。他の実施例において、ギャップの長さは、固定された所定の長さであってもよい。オーバーヘッド電極１２５は、内面が半金属材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＣ）で被覆されてもよい金属（例えば、アルミニウム）であってもよく、または、半金属材料そのものであってもよい。ＲＦ発生器１５０が、ＲＦパワーを電極１２５に適用する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０に整合された同軸ケーブル１６２を介して、電極１２５に接続された同軸スタブ１３５内に連結される。以下に更に詳細に記載するように、スタブ１３５は、特性インピーダンスを有し、共振周波数を有し、および電極１２５と同軸ケーブル１６２またはＲＦパワー発生器１５０の出力との間にインピーダンス整合を与える。チャンバ本体は、ＲＦ発生器１５０のＲＦリターン（ＲＦ接地）に接続される。オーバーヘッド電極１２５からＲＦ接地へのＲＦパスは、誘電シール１２０の容量および誘電シール１３０の容量によって影響を与えられる。ウェハ支持体１０５、ウェハ１１０、およびプロセスキット伝導性または半導性リング１１５は、電極１２５に適用されるＲＦパワーに主要なＲＦリターンパスを与える。
【００９２】
図１Ａの場合のように、内側コイル６０は、外側コイル６５の直径の半分より小さく、外側コイル６５よりチャンバから離れた面にある。外側コイル６５は、電極１２５の上部の面またはその付近に位置するのに対して、内側コイル６０は、電極１２５より十分に上方に位置する。図１の場合のように、コイル６０、６５のＤＣ電流は、コイル６０、６５の電流供給部７０、７５を管理するプラズマステアリングコントローラ９０によって制御される。
【００９３】
ＲＦリターンまたは接地に対して測定された電極１２５、プロセスキット１１５、１２０、および誘電シール１３０を含むオーバーヘッド電極アセンブリ１２６の容量は、１つの例示的な場合において、１８０ピコファラドである。電極アセンブリの容量は、電極の面積、ギャップの長さ（ウェハ支持体とオーバーヘッド電極との間の距離）、および浮遊容量、特に、シール１３９および誘電リング１２０の誘電値に影響を与える要因によって影響を与えられ、これらの誘電率は、用いられる材料の誘電率および厚みによって影響を受ける。より一般的には、電極アセンブリ１２６の容量（符号なし数値またはスケーラ）は、以下に記載するように、特定のソースパワー周波数、プラズマ密度、および動作圧力で、プラズマの負の容量（複素数）の大きさに等しいか、またはほぼ等しい。
【００９４】
前述した関係に影響を与える要因の多くは、リアクタによって実行される必要があるプラズマプロセス要求、ウェハのサイズ、およびウェハにわたって均一に処理が実行される要求が存在することにより、多くの部分で予め決定される。したがって、プラズマ容量は、プラズマ密度およびソースパワー周波数の関数であるのに対して、電極容量は、ウェハ支持体から電極までの間のギャップ（高さ）、電極の直径、アセンブリの絶縁体の誘電値の関数である。プラズマ密度、動作圧力、ギャップ、電極の直径は、リアクタによって実行されるプラズマプロセスの要求を満たさなければならない。特に、イオン密度は、ある一定の範囲内のものでなければならない。例えば、シリコンおよび誘電体のプラズマエッチングプロセスには、一般的に、１０９〜１０１２イオン／ｃｃの範囲内のプラズマイオン密度が要求される。ウェハと電極のギャップにより、例えば、ギャップが約２インチであれば、８インチウェハに対して最適なイオン分布の均一性が得られる。電極の直径は、ウェハの直径より大きくなければ、少なくとも同程度の大きさであることが好ましい。動作圧力は、典型的なエッチングおよび他のプラズマプロセスに対して実用的な範囲を同様に有する。
【００９５】
しかしながら、上記の好ましい関係、特に、ソース周波数の選択、オーバーヘッド電極アセンブリ１２６の容量の選択を達成するために選択可能な他の要因があることが分かっている。電極に課せられる前述した寸法的制約と、プラズマに課せられる制約（例えば、密度の範囲）内において、電極の容量は、ソースパワー周波数がＶＨＦ周波数になるように選択され、電極アセンブリ１２６の絶縁体構成部品の誘電値が適切に選択されれば、プラズマの負の容量の大きさに整合可能である。このような選択により、ソースパワー周波数とプラズマ電極共振周波数との間が整合され得るか、またはほぼ整合され得る。
【００９６】
したがって、１つの例示的な場合において、８インチウェハに対して、オーバーヘッド電極の直径は、約１１インチであり、ギャップは、約２インチであり、プラズマ密度および動作圧力は、上述したように、エッチングプロセスに対して典型的なものであり、ＶＨＦソースパワー周波数は、２１０ＭＨｚであり（他のＶＨＦ周波数も同等に有効になり得る）、ソースパワー周波数、プラズマ電極共振周波数、スタブ共振周波数は、すべて整合されるか、またはほぼ整合される。
【００９７】
更に詳しく言えば、システムＱを有益に低下させる離調効果を達成するために、これらの３つの周波数は、互いにわずかにずれたものであり、ソースパワー周波数は２１０ＭＨｚであり、電極プラズマ共振周波数は約２００ＭＨｚであり、スタブ周波数は約２２０ＭＨｚである。システムＱをこのように低下させると、リアクタの性能が、チャンバ内の条件の変化に影響されにくくなることで、プロセス全体は、非常に安定化し、非常に広範なプロセスウィンドウにわたって実行可能になる。
【００９８】
現行で好ましいモードは、１２インチ直径のウェハ、約１．２５インチのウェハから天井までの間のギャップ、および（上記に参照した２１０ＭＨｚではなく）１６２ＭＨｚのＶＨＦソースパワー周波数に合わせるのに適したチャンバおよびペデスタルの直径を有する。
【００９９】
同軸スタブ１３５は、全システムの安定性、その広範なプロセスウィンドウ能力、および多数の他の有用な利点に更に寄与する特別に構成されたデザインである。これは、内側の円筒状導体１４０および外側同心の円筒状導体１４５を含む。例えば、相対誘電率が１の絶縁体１４７（図２４の平行線模様で示す）が、内側および外側の導体１４０、１４５の間の空間を満たす。内側および外側の導体１４０，１４５は、例えば、ニッケルがコーティングされたアルミニウムから形成されてもよい。例示的な場合において、外側の導体１４５の直径は、約４インチであり、内側の導体１４０の直径は、約１．５インチである。スタブの特性インピーダンスは、内側および外側の導体１４０、１４５の半径と、絶縁体１４７の誘電率とによって決定される。上述した場合のスタブ１３５の特性インピーダンスは、６５Ωである。更に詳しく言えば、スタブの特性インピーダンスは、約２０％〜４０％、好ましくは、約３０％、ソースパワー出力インピーダンスを超過する。スタブ１３５は、２１０ＭＨｚのＶＨＦソースパワー周波数からわずかにずれながら一般的に整合するように、２２０ＭＨｚ付近の共振を有するために、約２９インチの軸方向の長さを有する（２２０ＭＨｚので半波長）。
【０１００】
以下に記載するように、ＲＦ発生器１５０からスタブ１３５へＲＦパワーを適用するためのスタブ１３５の軸方向の長さに沿って、特定の点にタップ１６０が設けられる。発生器１５０のＲＦパワー端子１５０ｂおよびＲＦリターン端子１５０ａは、内側および外側の同軸スタブ導体１４０、１４５のそれぞれにスタブ１３５上のタップ１６０で接続される。これらの接続は、周知の方法で発生器１５０の出力インピーダンス（典型的に、５０Ω）と整合する特性インピーダンスを有する発生器からスタブまでの間の同軸ケーブル１６２を経由して確立される。スタブ１３５の遠端部１３５ａにある終端導体１６５が、内側および外側の導体１４０、１４５を共に短絡させるため、スタブ１３５は、その遠端部１３５ａで短絡する。スタブ１３５の近端部１３５ｂ（非短絡端部）で、外側の導体１４５は、環状の伝導性ハウジングまたは支持体１７５を経由してチャンバ本体に接続されるのに対して、内側の導体１４０は、伝導性のシリンダまたは支持体１７６を経由して、電極１２５の中心に接続される。伝導性シリンダ１７５と電極１２５との間に誘電リング１８０が保持され、それらを分離する。
【０１０１】
内側導体１４０により、プロセスガスや冷却剤などのユーティリティ用の導管を与える。この特徴の主要な利点は、典型的なプラズマリアクタと異なり、ガスライン１７０および冷却剤ライン１７３は、大きな電位差を交差しない。したがって、それらは、このような目的のためには、より安価でより高信頼性の材料である金属から作られてもよい。金属製のガスライン１７０は、オーバーヘッド電極１２５またはそれに隣接した位置にあるガス出口１７２を与えるのに対して、金属製の冷却剤ライン１７３は、オーバーヘッド電極１２５内に冷却剤通路またはジャケット１７４を与える。
【０１０２】
ＲＦ発生器１５０とオーバーヘッド電極アセンブリ１２６および処理プラズマ負荷間のこのような特殊構成のスタブの整合によって、能動的なおよび共振インピーダンスの変換が与えられ、反映されたパワーを最小限に抑え、負荷インピーダンスの広範な変化に合う非常に広範なインピーダンス整合空間を与える。結果的に、典型的なインピーダンス整合装置の必要性を最小限に抑え、または回避しながら、パワー使用時、これまで得られなかった効率とともに、広範なプロセスウィンドウおよびプロセス柔軟性が与えられる。上述したように、スタブ共振周波数も、全体的システムＱ、システムの安定性およびプロセスウィンドウおよびマルチプロセス能力を更に高めるために、理想的な整合からずれる。
電極・プラズマ共振周波数とＶＨＦソースパワー周波数の整合
上記に略述したように、主要な特徴は、電極・プラズマ共振周波数でプラズマと共振し、ソースパワー周波数および電極・プラズマ周波数を整合する（または、ほぼ整合する）ように、オーバーヘッド電極アセンブリ１２６を構成することである。電極アセンブリ１２６は、主に容量性リアクタンスを有するのに対して、プラズマリアクタンスは、周波数、プラズマ密度、および他のパラメータの複素関数である。（以下に更に詳細に記載するように、虚数項を伴う複素関数であり、一般的に、負の容量に相当するリアクタンスの点で、プラズマが解析される。）電極・プラズマ共振周波数は、（キャパシタとインダクタのリアクタンスによって決定されるキャパシタ／インダクタ共振回路の共振周波数と同様に）電極アセンブリ１２６とプラズマのリアクタンスによって決定される。したがって、電極・プラズマ共振周波数は、プラズマ密度に応じて、必ずしもソースパワー周波数でなくともよい。したがって、問題は、特定の範囲のプラズマ密度および電極の寸法に実際的な制限の制約が与えられれば、プラズマリアクタンスが、電極・プラズマ共振周波数がソースパワー周波数に等しいか、またはほぼ等しくなるようなものであるソースパワー周波数を見つけることである。プラズマ密度（プラズマリアクタンスに影響を与える）および電極の寸法（電極の容量に影響を与える）は、ある一定のプロセス制約を満たさなければならないため、問題は、更に困難である。詳しく言えば、誘電体および導体のプラズマエッチングプロセスに対して、プラズマ密度は、１０９〜１０１２イオン／ｃｃの範囲内のものでなければならず、これは、プラズマリアクタンスに課せられた１つの制約である。更に、例えば、８インチ直径のウェハを処理するためのより均一なプラズマイオン密度分布が、ウェハから電極までの間のギャップまたは約２インチの高さと、ほぼウェハ直径またはそれ以上の電極直径とによって実現され、これは、電極容量に課せられる１つの制約である。一方で、１２インチ直径のウェハには、異なるギャップが利用されてもよい。
【０１０３】
したがって、電極容量をプラズマの負の容量の大きさに整合させる（またはほぼ整合させる）ことによって、電極・プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数は、少なくともほぼ整合される。上記に挙げた一般的な導体および誘電体エッチングプロセス条件（すなわち、１０９〜１０１２イオン／ｃｃのプラズマ密度、２インチのギャップ、およびほぼ１１インチの電極直径）に対して、ソースパワー周波数がＶＨＦ周波数であれば、整合は可能である。他の条件（例えば、異なるウェハ直径、異なるプラズマ密度など）は、リアクタのこの特徴を実行する際に、このような整合を実現するために、異なる周波数範囲を要求してもよい。以下に詳細に記載するように、誘電体および金属のプラズマエッチングおよび化学気相堆積を含むいくつかの主要な応用において、８インチウェハを処理するための好適なプラズマ処理条件下で、上述したように、プラズマ密度を有する１つの典型的な作業例におけるプラズマ容量は、−５０〜−４００ピコファラドであった。１つの例示的な場合において、オーバーヘッド電極アセンブリ１２６の容量を、１１インチの電極直径、約２インチのギャップの長さ（電極とペデスタルとの間隔）を用い、誘電率が９であり、ほぼ１インチの厚みのシール１３０の誘電材料、および誘電率が４であり、ほぼ１０ｍｍの厚みのリング１２０の誘電材料を選択することによって、この負のプラズマ容量の大きさに整合した。
【０１０４】
前述したように、電極アセンブリ１２６およびプラズマの組み合わせは、容量が整合したとすると、電極１２５に適用されたソースパワー周波数と少なくともほぼ整合する電極・プラズマ共振周波数で共振する。本発明者らは、好適なエッチングプラズマ処理レシピ、環境、およびプラズマに対して、この電極・プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数は、ＶＨＦ周波数に整合またはほぼ整合可能であり、このような周波数整合またはほぼ整合をとることは、非常に有益であることを発見した。１つの例示的な場合において、プラズマの負の容量の前述した値に対応する電極・プラズマ共振周波数は、以下に詳述するように、約２００ＭＨｚである。ソースパワー周波数は、２１０ＭＨｚであり、ほぼ整合の場合は、以下に記載する他の利点を実現するために、ソースパワー周波数が、電極・プラズマ共振周波数よりわずかに高くずれる。
【０１０５】
プラズマ容量は、特に、プラズマ電子密度の関数である。これは、良好なプラズマ処理条件を与えるために、概して１０９〜１０１２イオン／ｃｃの範囲に保たれることが必要なプラズマイオン密度に関する。この密度は、ソースパワー周波数および他のパラメータとともに、プラズマの負の容量を決定し、したがって、この選択は、以下に更に詳述するように、プラズマ処理条件を最適化するための必要性によって制約される。しかしながら、オーバーヘッド電極アセンブリの容量は、多くの物理的要因によって影響され、これらの要因は、例えば、ギャップの長さ（電極１２５とウェハとの間隔）、電極１２５の面積、誘電シール１３０の誘電損失正接の範囲、電極１２５と接地されたチャンバ本体１２７との間の誘電シール１３０の誘電率の選択、プロセスキット誘電シール１３０の誘電率の選択、誘電シール１３０および１２０の厚み、およびリング１８０の厚みおよび誘電率である。これにより、これらの中からの選択およびオーバーヘッド電極容量に影響を与える他の物理的要因によって、電極アセンブリ容量を調節することができる。本発明者らは、この調節の範囲が、負のプラズマ容量の大きさにオーバーヘッド電極アセンブリ容量を整合する必要な程度を達成するのに十分であることを見出した。特に、シール１３０およびリング１２０の誘電材料および寸法は、所望の誘電率および結果的に得られる誘電値を与えるように選択される。次いで、電極容量に影響を与える同じ物理的要因のいくつか、特に、ギャップの長さが、以下の実用性、すなわち、より大きな直径のウェハを取り扱う必要性、ウェハの全直径にわたってプラズマイオン密度の分布が良好に均一な状態でそれを行うこと、およびイオン密度対イオンエネルギーを良好に制御することによって要求され、または制限されるにもかかわらず、電極容量とプラズマ容量との整合が達成され得る。
【０１０６】
プラズマ容量および整合オーバーヘッド電極容量の前述した範囲が与えられたとすると、電極・プラズマ共振周波数は、２１０ＭＨｚのソースパワー周波数に対して、約２００ＭＨｚである。
【０１０７】
電極アセンブリ１２６の容量をこのように選択し、その結果得られる電極・プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数を整合させる大きな利点は、ソースパワー周波数付近の電極およびプラズマの共振が、より広範なインピーダンス整合およびより広範なプロセスウィンドウを与え、結果的に、プロセス条件の変化をほとんど受けず、ひいては、性能の安定性が更に増すことである。全処理システムは、動作条件の変動、例えば、プラズマインピーダンスのシフトの影響を受けにくく、したがって、より広範囲のプロセス適応性とともに信頼性が増す。以下、本願明細書において記載するように、この利点は、電極・プラズマ共振周波数とソースパワー周波数との間のわずかなずれによって更に高められる。
【０１０８】
図２５は、固定された調整スタブを介してＶＨＦプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有し、その周囲にＭＥＲＩＥ電磁石を有する容量結合リアクタに、内側および外側コイル６０、６５をどのように組み合わすことができるかを示す。本願と同一の譲受人に譲渡され、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎらによって２００１年１２月１９日に出願された、「Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｏｖｅｒｈｅａｄ  ＲＦ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔｕｎｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ」という発明の名称の米国特許出願第１０／０２８，９２２号に、このようなリアクタが記載されており、この内容を、参照として本願明細書に組み入れる。
【０１０９】
図２５を参照すると、ＶＨＦ容量結合プラズマリアクタが、図１Ａのリアクタに見られる以下の要素、すなわち、半導体ウェハ１１０を支持するチャンバの底部にあるウェハ支持体１０５を備えたリアクタチャンバ１００を含む。例示した場合のプロセスキットは、接地されたチャンバ本体１２７上で誘電リング１２０によって支持された半導性または伝導性リング１１５からなる。チャンバ１００の最上部は、ディスク状のオーバーヘッドアルミニウム電極１２５によって境界が付けられており、この電極１２５は、誘電シール１３０によって接地されたチャンバ本体１２７上のウェハ１１０上方に所定のギャップの長さで支持される。オーバーヘッド電極１２５は、内面が半金属材料（例えば、ＳｉまたはＳｉＣ）で被覆されてもよい金属（例えば、 アルミニウム）であってもよく、または、半金属材料そのものであってもよい。ＲＦ発生器１５０が、ＲＦパワーを電極１２５に適用する。発生器１５０からのＲＦパワーは、発生器１５０に整合された同軸ケーブル１６２を介して、電極１２５に接続された同軸スタブ１３５内に連結される。以下に更に詳細に記載するように、スタブ１３５は、特性インピーダンス、共振周波数を有し、および電極１２５と同軸ケーブル１６２／ＲＦ発生器との間にインピーダンス整合を与える。チャンバ本体は、ＲＦ発生器１５０のＲＦリターン（ＲＦ接地）に接続される。オーバーヘッド電極１２５からＲＦ接地へのＲＦパスは、プロセスキット誘電リング１２０および誘電シール１３０の容量によって影響を与えられる。ウェハ支持体１０５、ウェハ１１０、およびプロセスキット半導性（伝導性）リング１１５は、電極１２５に適用されるＲＦパワーに主要なＲＦリターンパスを与える。
【０１１０】
図１Ａの場合のように、内側コイル６０は、外側コイル６５の直径の半分より小さく、外側コイル６５よりチャンバから離れた面にある。外側コイル６５は、電極１２５の上部の面またはその付近に位置するのに対して、内側コイル６０は、電極１２５より十分に上方に位置する。図１の場合のように、コイル６０、６５のＤＣ電流は、コイル６０、６５の電流供給部７０、７５を管理するプラズマステアリングコントローラ９０によって制御される。
【０１１１】
プラズマ密度分布の均一性は、ウェハ支持ペデスタルの周囲およびリアクタチャンバの外側に等間隔に設けられたＭＥＲＩＥ電磁石９０２のセット（図７および図８に示すもののように）を導入することによって高められる。これらのＭＥＲＩＥ磁石は、概してウェハ支持ペデスタルの表面にわたって円筒状のチャンバの対称軸の周りをゆっくりと回転する磁場を発生するように適合される。ある場合において、この特徴は、ウェハ支持ペデスタルの周囲に接するそれぞれの軸の周りに電磁石巻線に巻いたＭＥＲＩＥ磁石９０２によって実現される。この場合、ＭＥＲＩＥ電流コントローラ９０４は、各ＭＥＲＩＥ磁石への個々の電流を制御する。コントローラ９０４によってワークピース支持体の面に、コントローラ９０４によってワークピース支持体の面に環状磁場が生成され、同一周波数であるが、位相が９０度（または、ＭＥＲＩＥ磁石の数で除算された３６０度）ずれている個々の磁石巻線の各々に個々のＡＣ電流を供給する。別の場合において、回転磁場の特徴は、ロータ１０２５（点線）によって対称軸の周りを回転するＭＥＲＩＥ磁石のすべてを支持する支持フレーム１０２（点線）によって実現される。このような別の場合において、ＭＥＲＩＥ磁石は永久磁石である。
【０１１２】
ワークピースまたはウェハ支持ペデスタルの周りに、第１のＭＥＲＩＥ磁石セット９０２より高い面に等間隔に設けられた（点線で示される）第２のＭＥＲＩＥ磁石アレイ９０６が、同様に設けられてもよい。両方の磁石セットは、ワークピース支持体の面付近にある面にそれぞれある。
【０１１３】
コントローラ９１０は、低周波数（０．５〜１０Ｈｚ）ＡＣ電流を電磁石９０２、９０６の各々に適用し、隣接する磁石に適用された電流の位相は、上述したように、９０度ずれている。その結果は、ＡＣ電流の低周波数でワークピース支持体の対称軸の周りを回転する磁場である。磁場により、プラズマは、ワークピース表面付近の磁場の方へ引き寄せられ、磁場とともに円運動する。これがプラズマを攪拌するため、その密度分布がより均一になる。その結果、ウェハの表面全体にわたって、より均一なエッチング結果が得られるため、リアクタの性能は著しく高められる。
オーバーヘッド電極とガス分配プレートの組み合わせ
チャンバ内でガス分配の均一性を高めるために、オーバーヘッド天井からプロセスガスを供給することが望ましい。この目的のために、図２４および図２５の場合におけるオーバーヘッド電極１２５は、ガス分配シャワーヘッドであってもよく、したがって、ワークピース支持体１０５に面する底面に、多数のガス注入口または小穴３００を有する。例示的な場合において、穴３００の直径は、０．０１〜０．０３インチであり、それらの中心は、約３／８インチずつ均一な間隔で設けられる。
【０１１４】
オーバーヘッド電極／ガス分配プレート１２５（以下、ガス分配プレート１２５と呼ぶ）は、耐アーク性を高めた。これは、プロセスガスおよび／またはプラズマを各開口または穴３００の中心から排除するアーク抑制フィーチャーを導入することによる。このアーク抑制フィーチャーは、図２６の断面図および図２７の拡大断面図に示すように、円筒状のフィンガまたは薄いロッド３０３のそれぞれの端部で支持された穴３００の中心にある中心ピースまたはディスク３０２のセットである。典型的なガス分配プレート内でのアークは、ガス注入穴の中心付近に生じやすい。したがって、各穴３００の中心に中心ピース３０２を配置することにより、プロセスガスが各穴３００の中心の到達できず、したがって、アークの発生が減少する。図２８の平面図に示すように、中心ピース３０２を穴３００に導入すると、別の円形開口または穴３００が環状開口に変形する。
【０１１５】
図２９Ａを参照すると、アーク抑制が高められたガス分配プレート１２５は、カバー１４０２およびベース１４０４で構成される。ベース１４０４は、内部ショルダ１４１０を有する環状壁１４０８によって取り囲まれ、ガス注入開口を貫通させて形成された円盤状のプレート１４０６である。カバー１４０２も、円盤状のプレートである。ディスク３０２は、カバー１０４２の底面に取り付けられ、そこから下向きに延在する円筒状のフィンガ３０３の端部セクションである。カバー１４０２の外側縁部は、ベース１４０４のショルダ１４１０上に載置され、カバー１４０２とベース１４０４との間にガスマニホールド１４１４（図２６）を形成する。プロセスガスは、カバー１４０２の中心にあるガス入り口１４１６からマニホールド１４１４内に流入する。
【０１１６】
チャンバにおいてプロセスガスまたはプラズマと接触するガス分配プレート１２５の部分は、炭化ケイ素などの半導体処理適応可能材料で被覆されたアルミニウムなどの金属から形成され得る。この例において、図２９Ｂの拡大部分断面図に示すように、ガス分配プレートの全表面は、カバー１４０２の上面を除いて、炭化ケイ素コーティング１５０２で被覆される。図３０に示すように、カバー１４０２のアルミニウム上面は、熱交換器１５２４によって循環される冷却剤を用いて、ウォータジャケット１５２２によって水冷されてもよい温度制御式部材１５２０と接触状態にあるため、ガス分配プレート１２５の伝熱性のアルミニウム材料は、制御された温度を有する。あるいは、図３１に示すように、ウォータジャケットは、ガス分配プレート１２５内のものであってもよい。
【０１１７】
しかしながら、炭化ケイ素コーティング１５０２が同じ制御された温度をもつために、炭化ケイ素コーティングとアルミニウムとの間に伝熱性の接着がなければならない。そうでなければ、炭化ケイ素コーティングの温度は、制御不能に変動する可能性がある。ガス分配プレート１２５のアルミニウム材料と炭化ケイ素コーティングとの間に良好な伝熱性を達成するために、図２９Ａに示すように、アルミニウムガス分配プレートと炭化ケイ素コーティング１５０４との間に、ポリマー接着層１５０４が形成される。図２９Ａは、ポリマー接着層１５０４が、炭化ケイ素コーティング１５０２とアルミニウムベース１４０４との間にあることを示す。ポリマー接着層は、アルミニウムと炭化シリコンコーティング１５０２との間に良好な伝熱性を与えることによって、コーティング１５０２の温度は、熱交換器１５２４によって制御される。
【０１１８】
図３２、図３３、および図３４は、二重ゾーンのガス流制御を与えるために、図２９Ａのガス分配プレート１２５をどのように修正可能であるかを示す。このような特徴を用いると、相補的なプロセスガス分配を選択することによって、中心が高いか、または中心が低いエッチング速度または堆積速度空間分布を補正しやくすることができる。詳しく言えば、環状のパーティションまたは壁１６０２が、ガスマニホールド１４１４を中心マニホールド１４１４ａおよび外側マニホールド１４１４ｂに分割する。中心マニホールド１４１４ａに供給する中心ガス供給口１４１６に加え、ガス分配プレート１２５の中心と周囲の間にある別のガス供給口１４１８が、外側マニホールド１４１４ｂに供給する。二重ゾーンコントローラ１６１０が、内側および外側ガス供給部１４１６、１４１８の間にプロセスガス供給部１６１２からのガス流を配分する。図３５は、関節羽根１６１８が、ガス分配プレートの内側および外側マニホールド１４１４ａ、１４１４ｂにガス流の相対量を制御するバルブ１６１０の一実施例を示す。インテリジェントフローコントローラ１６４０が、羽根１６１８の位置を管理する。図３６に示す別の実施例において、一対のバルブ１６５１、１６５２は、チャンバの半径ゾーンのそれぞれに対して個々のガス流制御を実行する。
【０１１９】
図３７は、ガス分配プレート１２５が３つのガス流ゾーンを有する場合を示し、マニホールド１４１４は、内側および外側環状パーティション１６０４、１６０６によって、３つのマニホールド１４１４ａ、１４１４ｂ、および１４１４ｃに分離される。３つのそれぞれのガス供給口１４１６、１４１８、１４２０は、それぞれのマニホールド１４１４ａ、ｂ、ｃにガス流を供給する。
【０１２０】
一対のオーバーヘッドコイル６０、６５を有するように本願明細書において様々な場合を上述してきたが、図３７は、オーバーヘッドコイルが３つ以上存在し得ることを示す。実際、図３７の場合は、３つの同心のオーバーヘッドコイルまたはコイル６０、６４、および６５を有するように示される。個々に制御されたオーバーヘッドコイルの数を増やすことによって、不均一性が補正される処理の解像度が上がると思われる。
【０１２１】
図３４および図３７の複数ゾーンガス分配プレートは、ワークピースの内側および外側の処理ゾーンの間でのガス分配を柔軟に制御するという利点を享受する。しかしながら、永久的にこれを行うには、ガス流をカスタマイズする別の方法で、ガス分配プレート１２５の異なる半径位置に、異なるガス注入穴サイズを設ける。例えば、リアクタが、中心が高い空間エッチング速度分布を示す傾向にあれば、中心でより小さなガス注入穴３００を用い、周囲付近でより大きなものを用いることによって、中心付近にはほとんどガスが供給されず、チャンバの周囲により多くのガスが供給される。図３８に、このようなガス分配プレートの平面図を示す。中心が低いエッチング分布に対して、図３９に、対向する穴配置が用いられる。
図９のリアクタにおけるプラズマステアリング
図９において、図１１〜図１４を参照しながら上述したようなプラズマステアリングを実行した。−１３アンペアの電流を内側コイル６０に適用し、＋１．４アンペアの電流を外側コイル６５に適用することによって、側壁に向いた磁場を発生させた。−１３アンペアの電流を内側コイル６０に適用し、＋５．２アンペアの電流を外側コイル６５に適用することによって、天井または電極１２５の周囲へ向いた磁場を発生させた。−１３アンペアの電流を内側コイル６０に適用し、＋９．２アンペアの電流を外側コイル６５に適用することによって、側壁での高密度の磁場を発生させた。本発明者らは、上述したように、天井または電極１２５の周囲の方に向いた磁場を適用することによって、洗浄中のチャンバ表面のエッチング速度が４０％だけ高まることを見出した。
コイル構成
内側および外側コイル６０、６５を参照しながら、上記の例について記載してきたが、コイルの数は更に多く用いられてもよい。例えば、図４０の場合は、５つのオーバーヘッドコイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８を有し、各々の電流は、コントローラ９０によって別々に制御される。コイル４０６０、４０６２、４０６４、４０６６、４０６８は、天井１２５（図４０に示すように）の上方の同じ高さにあってもよく、または異なる高さにあってもよい。図４１は、オーバーヘッドコイル６０、６５が、同じ高さにある場合を示す。図４１において、各コイル６０、６５の巻数は、垂直方向および半径方向の両方に積層される。図４２および図４３は、コイル６０、６５が、垂直方向および半径方向に延在する巻線を有する異なる場合を示す。
【０１２２】
図１Ａを参照しながら、本願明細書において前述したように、不均一な分布を補正するためにプラズマにかける磁気圧力は、磁場の２乗の勾配の半径方向成分に比例する。したがって、最も効率的なアプローチは、カスプ状の磁場などの大きな半径方向勾配を有する磁場を用いることである。先で更に記載したように、カスプ状の磁場の効率が増すと、所与の量の磁気圧力に対する磁場の要求強度が低下することによって、高磁場に関連するデバイスダメージが低下するか、またはなくなる。図４４は、チャンバの上方および下方のそれぞれに位置する一対のコイル４４２０、４４４０によって完全なカスプ状の磁場が発生する場合を示す。上部および下部コイル４４２０、４４４０での電流の流れは、それぞれ時計回りおよび反時計回りである。図４５は、一対のコイル４４２０、４４４０によって発生する完全なカプス上の磁場の磁力線パターンを略図的に示す。
【０１２３】
図４６は、図４５の完全なカスプ状の磁場を生成するために、従来のＭＥＲＩＥリアクタ４６５０の４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０を用いる場合を示す。電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の各々の電流を制御する電流コントローラ４６６０が、図４６の矢印で示すように、すべての電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０において同じ（例えば、時計回りの）方向に流れるＤＣ電流を適用するようにプログラムされる。このように、上部導体４６１０ａ、４６２０ａ、４６３０ａ、４６４０ａのＤＣ電流は、時計回りの電流ループを形成し、下部導体４６１０ｂ、４６２０ｂ、４６３０ｂ、４６４０ｂのＤＣ電流は、反時計回りの電流ループを形成するのに対して、アレイの各隅で、隣接する電磁石の垂直方向の導体の（例えば、垂直方向の導体４６２０ｃおよび４６３０ｄの対）電流は、ウェハ表面で互いの磁場を打ち消す。最終的な結果は、図４４の場合に類似して、チャンバの最上部および底部のそれぞれに、時計回りおよび反時計回りの電流ループを発生させることであり、図４５に示す完全にカスプ状の磁場と同様の結果が得られる。図４６のリアクタは、３つのモードの任意の１つにおいて動作する。
【０１２４】
（１）カスプ状の磁場が発生する磁気圧力モード。
【０１２５】
（２）ウェハ表面にわたってゆっくりと回転する磁場を発生させるために、４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０に直角位相で４つの正弦波電流が適用される正弦波モード。
【０１２６】
（３）４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の向きに対して対角線の方向にウェハ表面にわたって延在する概して垂直な磁力線を発生させるために、一方の対が一方のＤＣ電流を有し、反対の対が反対のＤＣ電流を有する隣接する対の対向するセットに、４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０をグループ分けする構成可能な磁場（ＣＭＦ）モード。このグループ分けは、４つの対角線の向きを通って地場が回転するように電流を切り換えることで回転する。図４７Ａ、図４７Ｂ、図４７Ｃ、および図４７Ｄに、これらの向きの時間シーケンスを示す。
【０１２７】
図４７Ａにおいて、電磁石４６１０、４６２０は、正のＤＣ電流の流れを有するのに対して、電磁石４６３０、４６４０は、負のＤＣ電流の流れを有し、結果的に得られる平均的な磁場方向は、概して図の左上隅から右下隅への方向である。図４７Ｂにおいて、グループ分けは、電磁石４６２０、４６３０が正の電流の流れを有するのに対して、電磁石４６４０、４６１０が負の電流の流れを有するように切り換えられ、平均的な磁場は、９０度時計回りに回転した。図４７Ｃおよび図４７Ｄは、サイクルを完了した。磁力線の強度は、このように適用された正および負のＤＣ電流の大きさの差によって決定され、望ましければ、コントローラ４６４０をプログラミングすることによって調節されてもよい。
【０１２８】
図９の方法は、不均一なエッチング速度またはプラズマイオン密度分布に最良の補正をするために、４つの電磁石４６１０、４６２０、４６３０、４６４０のＤＣ電流を正確に選択するように、ＣＭＦモードで用いられてもよい。図９の方法を図４７Ａ〜ＤのＣＭＦモードに適用する際、電磁石またはコイル４６１０、４６２０、４６３０、４６４０の各々のコイルは、オーバーヘッドコイル６０、６５の代わりに用い、図９のすべての工程が、この代用に応じて実行される。唯一の違いは、図４７Ａ〜Ｄに対応する４つの時間期間にわたった平均値として、各コイルからの磁場の計算値が計算されることである。
【０１２９】
図４８は、ポンピング環上に挿入される特殊な格子４８１０を含むリアクタを示す。格子４８１０は、炭化ケイ素などの半導性材料またはアルミニウムなどの伝導性材料から形成され、チャンバからポンピング環を介してガスを排気できるようにする開口４８２０を有する。特殊な格子４８１０は、要求された保護およびプロセス制御を与えながら、ポンピング環からプラズマを排除する。この目的のために、半径方向の面にある各開口４８２０の内部の距離は、プラズマシースの厚みの２倍より小さい。このように、プラズマが格子４８１０を貫通することは、不可能ではないにしても、非常に難しい。これにより、ポンピング環内のチャンバ表面とのプラズマ相互作用が低減するか、またはなくなる。
【０１３０】
図４９および図５０は、図４８のプラズマ閉じ込め格子４８１０を組み込む一体形成された取り外し可能なチャンバライナ４９１０を示す。ライナ４９１０は、電極１２５の下にあり、ウェハ１１０の上にある領域の半径方向外側にあるチャンバの部分を被覆する。したがって、ライナ４９１０は、チャンバの天井の外周部を被覆する上側水平方向のセクション４９２０と、チャンバ側壁を被覆する垂直方向のセクション４９３０と、プラズマ閉じ込め格子４８１０を含む下側水平方向のセクション４９４０を含み、ポンピング環とともに、ウェハ１１０に隣接した環状表面を被覆する。ある場合において、セクション４９２０、４９３０、４９４０の各々は、モノリシックの炭化ケイ素ピース４９５０として共に形成される。ライナ４９１０は、炭化ケイ素ピース４９５０の下側水平方向のセクション４９４０の下にあるアルミニウムベース４９６０を更に含み、それに接合される。アルミニウムベース４９６０は、比較的長く薄いものである一対の下向きに延在する環状レール４９６２、４９６４を含み、ウェハ支持ペデスタル１０５の下方にあるチャンバの接地された構造要素に良好な導電性を与える。
【０１３１】
リアクタは、下向きに延在する環状レール４９６２、４９６４と熱的に接触した状態の温度制御要素４９７２、４９７４とともに、垂直方向の断面４９３０と熱的に接触した状態の温度制御要素４９７６を有し得る。熱制御要素４９７２、４９７４、４９７６の各々は、冷却剤通路を含む冷却装置と、電気ヒータを含む加熱装置とを含み得る。ライナ４９１０の内面上でのポリマーまたはフルオロカーボン化合物の堆積を最小限に抑えるか、または防止するために、十分に高い温度（例えば、華氏１２０度と同程度の高温）でライナ４９１０を維持することが望ましい。
【０１３２】
ライナ４９１０は、良好な接地リターンパスを与えるため、プロセスの安定性を高める。これは、炭化ケイ素ピース４９５０の内面に沿って電位が均一であるためである（上側垂直方向のセクション４９２０、垂直方向のセクション４９３０、および下側水平方向のセクション４９４０の内部に面する表面を含む）。その結果、ライナ４９１０は、オーバーヘッド電極１２５またはウェハペデスタル１０５のいずれかから送出されたパワーに対して、内部に面する表面のすべての位置にある均一なＲＦリターンパスを与える。１つの利点は、ライナ４９１０の内面の異なる部分で集束するように、プラズマの変動がＲＦリターン電流分布を移動させるため、この電流に与えられたインピーダンスは、極めて一定な状態を維持する。この特徴により、プロセスの安定性が高まる。
【０１３３】
図５１は、オーバーヘッドソレノイド６０、６５が、ＭＥＲＩＥ磁石９２、９４、９６、９８の正方形パターンと対照的な正方形パターンを画成し、フォトリソグラフィーマスクなどの正方形の半導体または誘電ワークピース４９１０を均一に処理するのに特に適している。図７の場合の修正を示す。
【０１３４】
図５２は、ウェハ支持ペデスタル１０５を上下に移動させてもよい図２４のリアクタの一例を示す。プラズマイオン径分布を制御するための２つのオーバーヘッドコイル６０、６５に加えて、ウェハ支持ペデスタル１０５の面の下方に下部コイル５２１０がある。更に、チャンバの周囲に外側コイル５２２０がある。外側オーバーヘッドコイル６５および下部コイル５２１０は、チャンバ内に完全なカスプ状の磁場を形成するために、対向するＤＣ電流を有し得る。
【０１３５】
オーバーヘッドソースパワー電極とガス分配プレートとの両方として働くオーバーヘッド天井を有するリアクタと組み合わせて、オーバーヘッドコイル６０、６５について記載してきたが、天井は、ガス分配プレートではないタイプのものであってもよく、プロセスガスは、別の従来の方法で（例えば、側壁を介して）導入される。更に、コイル６０、６５は、ソースパワーが天井電極によって要領結合されていないリアクタにおいて用いられてもよい。また、同軸調整スタブなどの固定要素であるように、オーバーヘッド電極用のインピーダンス整合要素について記載した。しかしながら、インピーダンス整合要素は、任意の適切なものであってもよく、または、従来のダイナミックインピーダンス整合回路などの従来のインピーダンス整合デバイスであってもよい。
均一な半径方向のプラズマ分布のバイアス回路調整
図５３は、ＶＨＦソースパワー堆積の均一な径分布と、ワークピース表面付近のＨＦバイアス電場の均一な径分布を促すための特徴を含むプラズマリアクタを示す。図５３のリアクタは、オーバーヘッドＶＨＦ電極１２５を含む、上述した図２４のリアクタの要素を含む。更に、図５３は、ワークピース支持ペデスタル１０５の表面を更に詳細に示す。ワークピース支持カソード１０５は、下側絶縁層５５１０を支持する金属ペデスタル層５５０５と、下側絶縁層５５１０の上にある導電性メッシュ層５５１５と、導電性メッシュ層５５１５を被覆する薄い上部絶縁層５５２０とを含む。半導体ワークピースまたはウェハ１１０は、上部絶縁層５５２０の上部に配置した。導電性メッシュ層５５１５および金属ペデスタル層５５０５は、モリブデンおよびアルミニウムからそれぞれ形成されてもよい。絶縁層５５１０および５５２０は、例えば、窒化アルミニウムまたはアルミナから形成されてもよい。導電性メッシュ層５５１５は、ウェハ１１０の表面でイオン衝撃エネルギーを制御するために、ＲＦバイアス電圧を供給する。また、導電性メッシュ５５１５は、ウェハ１１０を静電的に吸着および離脱するために使用可能であり、このような場合、既知の方法でチャッキング電圧ソースに接続され得る。したがって、導電性メッシュ５５１５は、必ずしも接地されるわけではなく、従来の吸着および離脱動作に応じて、浮遊電位または固定ＤＣ電位を交互にもち得る。本願明細書において既に参照したように、ウェハ支持カソード１０５および、特に、金属ペデスタル層５５０５は、典型的に（必須ではない）、接地に接続され、オーバーヘッド電極１２５によって放射されたＶＨＦパワーのリターンパスの一部をなす。
【０１３６】
ＲＦバイアス発生器４０は、ＨＦバンド（例えば、１３．５６ＭＨｚ）でパワーを発生する。ＲＦバイアスインピーダンス整合要素４５は、ワークピース支持カソード１０５を介して延在する細長い導体５５２５（以下、ＲＦ導体と呼ぶ）によって、ワークピース１１０に連結される。ＲＦ導体５５２５は、アルミニウムペデスタル層５５０５などの接地された導体から絶縁される。ＲＦ導体５５２５は、導電性メッシュ５５１５と電気的接触状態にある上部終端またはバイアスパワー供給点５５２５ａを有する。
【０１３７】
図５４は、ＶＨＦオーバーヘッド電極、ワークピース支持カソード１０５を介して適用されたＲＦバイアス、およびカソード１０５の要素からなる回路の略図である。図５５は、ウェハ１１０の面の平面図であり、ＲＦ導体５５２５の終端または供給点５５２５ａは、隠れ線（点線）で示されている。ワークピース支持カソード１０５によって与えられるＲＦリターンパスは、ウェハ１１０の面にある２つの部分、すなわち、供給点５５２５ａを中心とし、そこから外向きに延在する半径方向の内側部分５５３０と、半径方向外側の環状部分５５３５とからなる。２つの部分５５３０、５５３５によって与えられるＲＦリターンパスは異なり、したがって、２つの部分５５３０、５５３５は、オーバーヘッド電極１２５によって放射されるＶＨＦパワーに異なるインピーダンスを与える。
【０１３８】
以下、２つのＲＦリターンパスのインピーダンスの差の主な理由について、概括的に説明する。主要なリターンパスは、金属ペデスタル５５０５を介して連結された導電性メッシュ５５１５およびＲＦ導体５５２５によって与えられる。図５５の外側領域５５３５を通過するＲＦリターンパス５５４０（図５４）は、半導体ウェハ１１０を介して、導電性メッシュ層５５１５を横断して、金属ペデスタル層５５０５へ反応性結合することによって占められる。対照的に、図５５の内側部分５５３０を介してＲＦリターンパス５５４５（図５４）は、供給点５５２５ａの反応インピーダンスによって占められる。２つのＲＦリターンパスは、インピーダンスがウェハにわたって均一でなければ、ＲＦパワーの不均一な結合を生じさせる。
【０１３９】
２つのＲＦリターンパスは、物理的に異なるため、オーバーヘッド電極１２５によって放射されるＶＨＦパワーに異なるインピーダンスを与える傾向にある。このような差は、ＶＨＦパワーインピーダンスのウェハ表面にわたった径分布に不均一性を生じさせることがあり、プラズマへのソースパワー結合が不均一になり、ワークピースの表面付近にプラズマイオン密度の不均一な径分布を生じさせる。これは、処理が不均一になる可能性があり、プロセスウィンドウが過度に狭くなる。この問題を解決するために、図５３のリアクタは、ＲＦ導体５５２５によってＶＨＦパワーに与えられた供給点インピーダンスを調節するある特徴を含み、ウェハ表面にわたったインピーダンスのより均一な径分布が可能になり、したがって、ウェハ表面にわたったＶＨＦパワーのより均一な結合が可能となる。
【０１４０】
供給点インピーダンスのこの調節の主要な目的は、ソースパワー周波数（すなわち、約１６２ＭＨｚのオーバー電極１２５のＶＨＦ周波数）で供給点５５２５ａでのインピーダンスを少なくともほぼゼロにすることである。この調節の結果として、ＲＦ電流リターンパスは、アルミニウムペデスタル層５５０５を介して電流を最小限に抑えながら、ＲＦ導体５５２５を介して導電性メッシュ５５１５によって示される。その結果、領域５５３０および５５３５のインピーダンスは、少なくともほぼ同一になるようにされ得る。
【０１４１】
上記に示すように供給点インピーダンスを調節するために、誘電体円筒状スリーブ５５５０が、ＲＦ導体５５２５を取り囲む。スリーブ５５５０を構成する材料の軸方向の長さおよび誘電率は、ＲＦ導体５５２５によってＶＨＦパワーに与えられる供給点インピーダンスを決定する。一例において、スリーブ５５５０の長さおよび誘電率は、ＶＨＦソースパワー周波数（例えば、１６２ＭＨｚ）で供給点インピーダンスをほぼゼロにするように選択される。１つの作業例において、スリーブ５５５０がない場合の供給点インピーダンスは、（０．９＋ｊ４１．８）オームであり、スリーブがある場合は、（０．８＋ｊ０．３）オームでほぼ短絡であった。供給点５５２５ａを取り囲む外側領域５５３５によって与えられるインピーダンスは、（主に、導電性メッシュ５５１５の存在により）１６２ＭＨｚでほぼ短絡である。したがって、後者の例において、スリーブ５５５０は、ソースパワー周波数での供給点インピーダンスを周囲領域のものに近い値にしてもよい。この場合、供給点を取り囲む領域のインピーダンスは、主に導電性メッシュ５５１５によって決定される。その結果として、ＶＨＦソースパワーのより均一な容量結合に対して、より均一なインピーダンスの径分布が得られる。
【０１４２】
スリーブ５５５０は、ＶＨＦパワー堆積を前述したように高めながら、別の問題を同時に解決する、すなわち、ＲＦ導体５５２５によってウェハ１１０に適用されたＲＦバイアスパワー（例えば、１３．５６ＭＨｚで）によって生じた電場の均一性を高める更なる特徴を含み得る。問題は、最大の均一性に対して、ウェハ表面にわたったＨＦバイアスパワーの電場分布を同時に調節しながら、プラズマイオン密度の均一性を最大にするためにＶＨＦパワー結合の径分布をどのように調節するかである。ＨＦバイアスパワー周波数での供給点インピーダンスが、導電性メッシュ５５１５によって示された周囲領域５５３５のものにより近くなれば、（ＶＨＦソースパワー周波数での供給点インピーダンスを変更することなく）最大の均一性が得られる。この問題は、円筒軸に沿って、複数の円筒状セクションにスリーブ５５５０を分割し、各セクションの長さおよび誘電率を個別に調節または選択することによって解決される。これにより、バイアス周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）と、ソース周波数（例えば、１６２ＭＨｚ）の両方で、周囲領域のものに供給点インピーダンスを同時に整合できるように利用されてもよいいくつかの独立変数が得られる。
【０１４３】
図５６の作業例を参照すると、スリーブ５５５０は、３つのセクション、すなわち、上部セクション５５５２、中間セクション５５５４、および下部セクション５５５６に分けられる。最上部セクション５５５２は、ポリテトラフルオロエチレンであり、長さが３インチであり、中部セクションは、アルミナであり、長さは４インチであり、底部セクションは、ポリテトラフルオロエチレンであり、長さは３インチである。この作業例において、プラズマイオン密度の分布（エッチング速度の分布によって測定）の均一性は、改良されたＶＨＦソースパワー堆積を示す、オーバーヘッド電極１２５に適用された大きなＶＨＦソースパワーで高められることがわかった。また、この作業例においてバイアスパワーのみが適用されたとき、プラズマイオン密度分布の均一性が高まるため、ＨＦバイアスパワー堆積の改良も観察される。したがって、前述の作業例は、（ａ）ＶＨＦソースパワー周波数（例えば、１６２ＭＨｚ）での不均一なインピーダンスと、（ｂ）ウェハ支持ペデスタルにわたったＨＦバイアスパワー周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）での不均一性の問題の同時解決を表す。
【０１４４】
スリーブ上部セクション５５５２の長さおよび誘電率が、ＨＦバイアスパワー堆積を独占的に最適化するように選択および固定されることができ、残りのスリーブセクション５５５４、５５５６の長さおよび誘電率が、ＨＦバイアスパワー堆積を最適化したまま、オーバーヘッド電極によってＶＨＦソースパワー堆積を最適化するように選択可能であると考えられる。
【０１４５】
図５７Ａは、スリーブ５５５０が、使用中、どのように調節されてもよいかを示す。図５７Ａにおいて、リアクタ上に、外部制御ノブ５５６０が設けられる。制御ノブは、図５３のスリーブ５５５０の下部に連結されたスリーブ支持体５５７０と螺合するねじ５５６５を回す。ノブ５５６０が回転すると、スリーブ支持体５５７０は、螺装されたネジ５５６５の軸に沿って軸方向に移行し、スリーブガイド５５５８内で同一の方向に（上方または下方のいずれか）、全スリーブ５５５０を移行させる。ノブ５５６０により、ユーザは、リアクタの動作中（または動作の直前）、ＲＦ導体５５２５に沿って上方または下方にスリーブ５５５０を移動させることによって、供給点インピーダンスを調節することができる。スリーブ支持体５５７０は、全スリーブ５５５０（例えば、１つのユニットとして、３つすべてのセクション５５５２、５５５４、５５５６）を移動させてもよい。または、スリーブ支持体５５７０は、３つのセクションの１つまたは２つのみが、ノブ５５６０を回転することによって移動するように、３つのセクション５５５２、５５５４、５５５６の１つまたは２つのみに連結可能である。最後に、図５７Ｂに示すように、３つのノブ５５６０ａ、５５６０ｂ、５５６０ｃは、３つのスリーブ支持体５５７０ａ、５５７０ｂ、５５７０ｃと別々に係合する。３つのスリーブ支持体５５７０ａ、５５７０ｂ、５５７０ｃは、スリーブセクション５５５２、５５５４、５５５６の各々の位置は、３つのノブ５５６０ａ、５５６０ｂ、５５６０ｃによって３つのガイド５５５８ａ内で別々に決定されるように、３つのスリーブセクション５５５２、５５５４、５５５６のそれぞれに個別に接続される。
【０１４６】
図５８および図５９は、スリーブ５５５０の効果を示すリアクタ性能比較データのグラフである。図５８のグラフは、スリーブ５５５０がエッチング速度を低下させないことを示す。縦軸はエッチング速度であり、横軸に沿って、異なるプロセスが表示される。横軸に沿った異なるプロセスのラベルは、（左から右に）ＨＡＲ  ＲＩＥ（高アスペクト比の反応性イオンエッチング：ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈ）、ＨＡＲ  ＲＩＥ＋ＳＰ（ソースパワー：ｓｏｕｒｃｅ  ｐｏｗｅｒ）およびＰＲ（フォトレジスト：ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）＋ＳＰを含む。反応性イオンエッチングという用語は、導電性メッシュ５５１５に適用されたバイアスパワーのみを用い、天井電極１２５からのソースパワーを用いないプロセスを指す。明るい色調の棒は、スリーブ５５５０を調整しない場合に得られた結果を示すのに対して、暗い色調の棒は、スリーブ５５５０を調整した場合に得られた結果を示す。図５８を考察すると、高アスペクト比のプロセスのみが、スリーブ５５５０を導入することにより、エッチング速度が低下し、この低下はわずかなものである。しかしながら、フォトレジストのエッチング速度は、非常に高まっている。
【０１４７】
図５９のグラフは、スリーブ５５５０を導入することで、前述した３つのプロセスのすべてにおいて均一性が著しく高められたことを示す。１つの標準偏差のパーセンテージとしてエッチング速度の径分布の不均一性は、横軸上に示され、前述した３つのプロセスの結果は、図５８に示す横軸に沿った位置にある。図５９は、ソースパワーを用いるフォトレジストストリッププロセスにおいて、不均一性の多大な改良を示す。
【０１４８】
エッチング速度分布の均一性は、後半なプロセスアレイにおいて著しく改良された。バイアスパワーのみを用いるエッチングプロセスにおいて、スリーブ５５５０を導入すると、不均一性が４．９％から２．４％に低下した。５００ワットのソースパワーを用いるエッチプロセスにおいて、スリーブ５５５０を導入すると、不均一性が１３．７％から１２％に低下した。高ＶＨＦソースパワーを用いたフォトレジストアッシングプロセスにおいて、最も高い改良が生じた。２５００ワットのソースパワーで、スリーブを導入した場合、不均一性が３０．０％から５．８％へ低下した。同じリアクタにおいて、１５００ワットでは、スリーブ５５５０を導入することによって、不均一性の改良は、３０．１％から１６．０％へ低下した。
【０１４９】
高ＶＨＦソースパワー（オーバーヘッド電極に適用されるパワー）を用いるプロセスでの均一性の改良は、スリーブ５５５０が、ＶＨＦリターンパスにおける容量結合の分布を最適化したことを示す。バイアスパワーのみのプロセスにおける均一性の改良は、スリーブ５５５０が、ＨＦバイアスパワーソース５０によって発生する電場の分布を最適化することを示す。したがって、同じスリーブは、ＶＨＦリターンパスの最適化と、ＨＦ電場の最適化の問題の両方を同時に解決する。
プラズマの均一性を高めるためのＲＦ結合リング
本願明細書において先に記したように、電極１２５などのオーバーヘッドＶＨＦ電極を有するリタクタでのプラズマイオン密度分布は、約１０％の不均一性で、中心が高くなる傾向がある。この不均一性は、オーバーヘッド電極１２５からワークピースの周囲の近傍のプラズマへの容量結合を選択的に高めることによって低下する。図６０を参照すると、環状ＲＦ結合リングが、ウェハ支持カソード１０５の外周上に配置され、その外周と電気的に接触した状態にある。図６０に示すように、上部絶縁層５５２０は、上面５５８０ａがウェハの上面と同一平面である取り外し可能なリング５５８０によって取り囲まれる。取り外し可能なリング５５８０は、例えば、シリコンなどのプロセス適応可能な材料から形成され得る。場合によって、取り外し可能な金属接地リング５５８５は、取り外し可能なリング５５８０を取り囲み、その上面５５８５ａは、取り外し可能なリング５５８０のものと同一平面である。接地リング５５８５の周囲によって境界が付けられたウェハ支持カソード１０５の上部にわたって、概して平坦な表面が設けられ、オーバーヘッド電極１２５の底部の概して平坦な表面に対面する。その結果として、オーバーヘッド電極１２５およびウェハ支持カソード１０５によって境界が付けられた処理ゾーン全体にわたった容量結合は、概して均一である。リアクタの中心が高いプラズマイオン密度分布に固有の不均一性を解消するために、オーバーヘッド電極１２５による容量結合は、取り外し可能なリング５５８０および接地されたリング５５８５上にＲＦ結合リング５５９０を配置することによって、ワークピース１１０の外側部分付近で高められる。ＲＦ結合リング５５９０は、導体、半導体、または誘電体であってもよい。結合リング５５９０が誘電体であれば、ウェハ周囲付近のプラズマへの容量結合は、誘電材料が存在することで高められる。ＲＦ結合リング５５９０が導体であれば、実質的に、電極と対極との間隔を狭くし、それによって、ウェハ１１０の周囲領域付近の容量が高まる。したがって、電極と対極の間隔は、結合リング５５９０の高さｈ２だけｈ１から間隔が狭くなるＲＦ結合リング５５９０によって占められる周囲を除き、プロセスゾーンにおけるすべての場所でｈ１である。ソースパワーの容量結合が増大すると、周囲でのイオン密度が高まる。イオン密度の増大は、ＲＦ結合リング５５９０から内向きに延在し、ワークピース１１０の周囲部分にわたって延在する。したがって、ワークピース１１０にわたったプラズマイオン密度は、中心が高いものではなく、より均一に近い傾向にあるか、またはわずかに縁部が高い傾向の場合がある。この状態は、ＲＦ結合リング５５９０の高さ（厚み）ｈ２を慎重に選択することによって最適化される。
【０１５０】
図６１は、第２のＲＦ結合天井リング５５９５が、オーバーヘッド電極１２５の底面の周囲に取り付けられ、第１のＲＦ結合リング５５９０の上にある、図６０のリアクタの修正例を示す。各リング５５９０、５５９５の厚み（高さ）がｈ３であれば、ウェハ周囲付近の電極と対極間の距離は、ｈ３の３倍短くなり、同領域の容量は、図６０のリアクタに示すように、比例して高められる。
【０１５１】
図６２は、ウェハ１１０が上部に取り付けられ、ＲＦ結合リング５５９０によって占められる周囲領域を示す、ウェハ支持カソード１０５の平面図である。図６２の図は、３つの領域、すなわち、ウェハ１１０の中心周りの内側中心領域（ゾーンＡ）、ウェハ１１０の周囲まで延在する環状領域（ゾーンＢ）、およびＲＦ結合リング５５９０によって占められる外側領域（ゾーンＣ）に分けられる処理ゾーンを示す。図６３のグラフは、ＲＦ結合リング５５９０の異なる材料（石英、アルミナ）および異なる厚み（０．４インチおよび０．８インチ）に対する容量の径分布を示す。比較の基準は、リングがないことである（空気）。図６３は、ゾーンＣにおいて最大容量を示す。したがって、プラズマイオン密度は、ＲＦ結合リング５５９０またはリング５５９０、５５９５が存在することで、ウェハ１１０の周囲領域（ゾーンＢ）の大部分にわたって高められる。
【０１５２】
図６４は、リング材料がアルミナであり、唯一のパワーがウェハ支持カソード１０５に適用されるバイアスパワーである状況下において、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合（図６０）、および結合リングが２つの場合（図６１）に得られたエッチング速度の径分布を比較したものである。図６５は、リングがアルミナであり、４８０ワットのＶＨＦソースパワーがオーバーヘッド電極１２５によって適用された状況下において、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合に得られたエッチングの径分布を比較したものである。図６６は、リング材料が石英であり、唯一のバイアスパワーが適用された（オーバーヘッド電極からのソースパワーがない）状況下において、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合、結合リングが２つの場合に得られるエッチング速度の径分布を比較したものである。図６７は、４８０ワットのＶＨＦソースパワーがオーバーヘッド電極１２５によって適応され、リング材料が石英である状況下において、リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合に得られたエッチング速度の径分布を比較したものである。最も劇的な改良は、ＶＨＦソースパワーが適用された場合に観察された（図６５および図６７）。２つのリング（図６１）は、最も優れた均一性を生じた。各リングの厚みは、これらの作業例において、約０．４インチである。
【０１５３】
ＲＦバイアスパワーのみを用いるプロセスにおいて（オーバーヘッド電極１２５からのＶＨＦソースパワーがない場合）、厚みが０．４インチの石英の下部ＲＦ結合リング５５９０を導入することにより、６．５％から４．６％に不均一性が低下し、アルミニウムの場合、５．０％に低下した。下部ＲＦ結合リング５５９０の厚みが２倍の０．８インチにされると、石英の場合、不均一性が２．３％に低下した。同じ結果がアルミニウムの場合にも達成された。
【０１５４】
オーバーヘッド電極から５００ワットのＶＨＦソースパワーを用いるプロセスにおいて、厚みが０．４インチの石英の下部ＲＦ結合リング５５９０を導入することにより、１１．１％から９．４２％に不均一性が低下し、アルミニウムの場合、８．５％に低下した。下部ＲＦ結合リング５５９０の厚みが２倍の０．８インチにされると、石英の場合、不均一性が４．５％に低下し、アルミニウムの場合、３．９％に低下した。
【０１５５】
一般的に、補正されるイオン密度分布の不均一性は、オーバーヘッド電極１２５からのＶＨＦソースパワーが増大するとともに増大することが観察された。例えば、０ワット、５００ワット、および１０００ワットの３つの工程において、オーバーヘッド電極１２５を有する１つのリアクタにおいてソースパワーが増大されると、不均一性（ＲＦ結合リングがない場合）は、それぞれ、６．９％、１２．７％、および１５．８％であった。ＲＦ結合リング５５９０が導入されると、不均一性は、それぞれ、３．４％、５．３％、および５．１％であった。図５３および図５６の誘電スリーブ５５５０を導入すると（ＲＦ結合リング５５９０を適所に残す）、不均一性が３．５％、３．９％、および４．３％にそれぞれ低下する。これは、図５３および図５６の誘電スリーブ５５５０が、ＲＦ結合リング５５９０とともに存在する図６０および図６１の態様に対応する。しかしながら、連ＲＦ導体５５２５の周りに誘電スリーブ５５５０がない結リング５５９０および連結リングの対５５９０、５５９５が用いられてもよい。
【０１５６】
ＲＦ結合リング５５９０、５５９５および誘電スリーブ５５５０が、同じプラズマリアクタにおいて別々にまたは組み合わせ用いられてもよいが（図６０および図６１に示すように）、これらの特徴の各々は、オーバーヘッドコイル６０、６５を制御するために上述した方法を用いて、図２４のプラズマの均一性を制御するオーバーヘッドコイル６０、６５と別にまたは組み合わせて用いられてもよい。図６８は、図２４の特徴（プラズマの均一性を制御するオーバーヘッドコイル６０、６５を含む）、図５３の特徴（誘電スリーブ５５５０を含む）、および図６１の特徴（ＲＦ結合リング５５９０、５５９５を含む）を組み合わせたプラズマリアクタを示す。ＲＦ結合リング５５９０および誘電スリーブ５５５０のいずれかまたは両方を用いて、プラズマイオン密度分布の均一性が改良されるため、オーバーヘッドコイル６０、６５によって補正されなければならない残りの不均一性が著しく減少する。したがって、誘電スリーブ５５５０およびＲＦ結合リング５５９０および／または５５９５の構造要素で実現したプラズマイオン密度分布の補正は、初期補正であり、最終補正は、オーバーヘッドコイル６０、６５によって実行されるようにする。この最終補正は、誘電スリーブ５５５０および／またはＲＦ結合リング５５９０および／または５５９５がない場合のものより著しく小さい。図６８のリアクタにおいてオーバーヘッドコイル６０、６５によって実行されるプラズマ分布への補正が小さいほど、オーバーヘッドコイル６０、６５によって実現される最終的にプラズマイオン分布の精度または均一性を高めることができる。
【０１５７】
好ましい実施形態を詳しく参照しながら、本発明について詳細に記載してきたが、本発明の変形および修正は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなされてもよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１Ａ】プラズマイオンの均一性を制御するために、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えたプラズマリアクタを示す。
【図１Ｂ】プラズマイオンの均一性を制御するために、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えたプラズマリアクタを示す。
【図１Ｃ】プラズマイオンの均一性を制御するために、オーバーヘッドＶＨＦ電極およびオーバーヘッドコイルを備えたプラズマリアクタを示す。
【図２】図１のオーバーヘッドコイルを制御するための例示的な装置を示す。
【図３Ａ】図１のオーバーヘッドコイルの磁場のグラフである。
【図３Ｂ】図１のオーバーヘッドコイルの磁場のグラフである。
【図３Ｃ】同じ磁場の空間図である。
【図４Ａ】図１のリアクタの種々の動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】図１のリアクタの種々の動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図４Ｃ】図１のリアクタの種々の動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図４Ｄ】図１のリアクタの種々の動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５Ａ】図１のリアクタの更なる動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】図１のリアクタの更なる動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５Ｃ】図１のリアクタの更なる動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５Ｄ】図１のリアクタの更なる動作モードに対して、半径位置（横軸）とウェハ表面上のエッチング速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図６】磁場とエッチング速度との関係を示すグラフである。
【図７】ＭＥＲＩＥ磁石を有する図１Ａのリアクタを示す。
【図８】ＭＥＲＩＥ磁石を有する図１Ａのリアクタを示す。
【図９】図１Ａのリアクタの動作方法を示す。
【図１０】磁気圧力とイオンの比較例または図１Ａのウェハ表面上の半径位置と電子密度との関係を示すグラフである。
【図１１】コイル電流とエッチング速度の不均一性との関係を示すグラフである。
【図１２】図１１の例におけるゼロコイル電流での半径方向のイオン分布を示す。
【図１３Ａ】図１１の例における約１１アンペアのコイル電流で測定されたエッチング速度分布を示す。
【図１３Ｂ】図１１の例における約１１アンペアのコイル電流で予測されたエッチング速度分布を示す。
【図１４Ａ】図１の例における約３５アンペアのコイル電流で測定されたエッチング速度分布を示す。
【図１４Ｂ】図１の例における約３５アンペアのコイル電流で予測されたエッチング速度分布を示す。
【図１５】図１Ａのリアクタの更なる動作方法を示す。
【図１６】図１Ａに対応するリアクタで得られた磁場分布を示す。
【図１７】ウェハ面における図１６の磁場の２乗の勾配を示す。
【図１８】図１に対応するリアクタで得られる別の磁場分布を示す。
【図１９】ウェハ面における図１８の磁場の２乗の勾配を示す。
【図２０】図１Ａによるリアクタで得られる更なる磁場分布を示す。
【図２１】ウェハ面における図２０の磁場の２乗の勾配を示す。
【図２２】図１Ａのリアクタの更なる別の動作方法を示す。
【図２３】図１Ａのリアクタを制御するための例示的なマイクロコントローラ動作を示す。
【図２４】図１Ａのリアクタに含有される特徴を含むプラズマリアクタを示す。
【図２５】図１Ａのリアクタに含有される特徴を含む別のプラズマリアクタを示す。
【図２６】図１Ａ、図２４、および図２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２７】図１Ａ、図２４、および図２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２８】図１Ａ、図２４、および図２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２９Ａ】図１Ａ、図２４、および図２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図２９Ｂ】図１Ａ、図２４、および図２５のリアクタのガス分配プレートを示す。
【図３０】図２６の熱制御特徴のようなガス分配プレートにある熱制御特徴を示す。
【図３１】図２６の熱制御特徴のようなガス分配プレートにある熱制御特徴を示す。
【図３２】二重ゾーンのガス流制御を有する図２６に対応するガス分配プレートを示す。
【図３３】二重ゾーンのガス流制御を有する図２６に対応するガス分配プレートを示す。
【図３４】二重ゾーンのガス分配プレートを有する図１Ａに対応するプラズマリアクタを示す。
【図３５】例示的な二重ゾーンガス流コントローラを示す。
【図３６】例示的な二重ゾーンガス流コントローラを示す。
【図３７】プラズマイオン分布を制御するための３つのオーバーヘッドコイルを有する図３４に対応するプラズマリアクタを示す。
【図３８】中心に低いガス流分布を発生するための図２６のガス分配プレートにある異なるガス注入穴パターンを示す。
【図３９】中心に高いガス流分布を発生するための図２６のガス分配プレートにある異なるガス注入穴パターンを示す。
【図４０】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配置を示す。
【図４１】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配置を示す。
【図４２】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配置を示す。
【図４３】プラズマイオン分布を制御するためのオーバーヘッドコイルの異なる配置を示す。
【図４４】図４５に最良に示すカスプ状の磁場を発生するために、オーバーヘッドコイルを、リアクタチャンバの上方および下方にある上側および下側磁気コイルに取り替えた、図１Ａに対応するプラズマリアクタを示す。
【図４５】図４５に最良に示すカスプ状の磁場を発生するために、オーバーヘッドコイルを、リアクタチャンバの上方および下方にある上側および下側磁気コイルに取り替えた、図１Ａに対応するプラズマリアクタを示す。
【図４６】図４４の上側および下側コイルを、図４５のカスプ状の磁場を発生させるように動作する構成可能な磁場（ＣＭＦ）コイルへ取り替える方法を示す。
【図４７】所望の磁場構成を発生させるために、図４６のＣＭＦコイルの動作モードを示す。
【図４８】プラズマイオンがリアクタのポンピング環状部分に入らないようにするための、図１Ａのリアクタにある開口部を備えた環状のプレートを示す。
【図４９】プラズマイオンがリアクタのポンピング環状部分に入らないようにするための、図１Ａのリアクタにある開口部を備えた環状のプレートを示す。
【図５０】プラズマイオンがリアクタのポンピング環状部分に入らないようにするための、図１Ａのリアクタにある開口部を備えた環状のプレートを示す。
【図５１】矩形状のワークピースを処理するための図１Ａのリアクタの矩形状のものを示す。
【図５２】矩形状のワークピース支持ペデスタルを有する図１Ａに対応するリアクタを示す。
【図５３】ウェハバイアス供給点に接続された導体を取り囲む誘電スリーブを有する容量結合プラズマリアクタを示す。
【図５４】誘電スリーブを示す拡大側面図である。
【図５５】リアクタの他の部分に対するスリーブ位置を示す対応する平面図である。
【図５６】誘電スリーブの切欠側面図である。
【図５７Ａ】機械的に調節可能である誘電スリーブの一例を示す側面図である。
【図５７Ｂ】各々が機械的に調節可能である複数のスリーブセクションを有する一例を示す側面図である。
【図５８】様々なエッチングプロセスにおいて誘電スリーブを調整した場合と、調整していない場合に得られたエッチング速度を比較するグラフである。
【図５９】図５８において参照したプロセスの均一性を比較するグラフである。
【図６０】下部ＲＦ結合リングを有するプラズマリアクタの側面図である
【図６１】上部および下部ＲＦ結合リングを有するプラズマリアクタの側面図である。
【図６２】ＲＦ結合リングによって影響を与えられる図６１または図６２のリアクタにおける様々な半径方向処理ゾーンを示す平面図である。
【図６３】異なる材料からなるＲＦ結合リングの容量の径分布を比較するグラフである。
【図６４】リング材料がアルミナであり、ウェハバイアスパワーのみが適用された状況で、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合のそれぞれで得られるエッチング速度の径分布を比較するグラフである。
【図６５】リングがアルミナであり、４８０ワットのＶＨＦソースパワーがオーバーヘッド電極によって適用された状況で、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合のそれぞれで得られるエッチング速度の径分布を比較するグラフである。
【図６６】リング材料が石英であり、ウェハバイアスパワーのみが適用された状況で、結合リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合のそれぞれで得られるエッチング速度の径分布を比較するグラフである。
【図６７】４８０ワットのＶＨＦソースパワーがオーバーヘッド電極によって適用され、リングが石英である状況で、リングがない場合、結合リングが１つの場合、および結合リングが２つの場合のそれぞれで得られるエッチング速度の径分布を比較するグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４７Ｄ】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７Ａ−Ｂ】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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