(57)【要約】  プラズマ処理装置は、内部処理容積を有する処理チャンバと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第１、第２及び第３ＲＦコイルであって、第２ＲＦコイルは、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置され、第３ＲＦコイルは、第１及び第２ＲＦコイルに対して同軸に配置された第１、第２及び第３ＲＦコイルと、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つに近接して配置され、第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと流れるＲＦ電流によって発生する磁界を局所的に導くように構成された少なくとも１つのフェライトシールドを含むことができ、プラズマ処理装置は、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの各々を通る各々のＲＦ電流の流れの位相を制御するように構成される。
2015501518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
内部処理容積を有する処理チャンバと、
ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第１ＲＦコイルと、
ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第２ＲＦコイルであって、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイルと、
ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第３ＲＦコイルであって、第１及び第２ＲＦコイルに対して同軸に配置された第３ＲＦコイルと、
第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つに近接して配置され、第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと流れるＲＦ電流によって発生する磁界を局所的に閉じ込めるように構成された少なくとも１つのフェライトシールドを含み、
プラズマ処理装置は、ＲＦ電流がＲＦコイルの各々を通って流れるとき、ＲＦ電流は、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つを通して、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対して位相がずれて流れるか、又は第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つの中において、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対してＲＦ電流の位相が揃うように又は位相がずれるように選択的に制御することができるように構成されるプラズマ処理装置。
【請求項２】
少なくとも１つのフェライトシールドは、移動可能である請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
少なくとも１つのフェライトシールドは、鉛直方向に移動し、これによって第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆うことができる請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
少なくとも１つのフェライトシールドが方位的に非対称であり、方位的な非対称性の向きを変えるために回転移動させることができる請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
少なくとも１つのフェライトシールドの所望の位置への移動を制御するフェライトシールドコントローラを含む請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
少なくとも１つのフェライトシールドが、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの各々のための別個のフェライトシールドを含み、別個のフェライトシールドの各々は、独立して可動及び制御可能である請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
少なくとも１つのフェライトシールドは、第１ＲＦコイルのための第１フェライトシールド及び第３ＲＦコイルのための第２フェライトシールドのみを含み、第１及び第２フェライトシールドの各々は、独立して可動及び制御可能である請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
少なくとも１つのフェライトシールドは、第１、第２又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも１つの少なくとも一部に結合された固定フェライトワイヤーである請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
少なくとも１つのフェライトシールドは、特定のＲＦコイルに隣接して、前記特定のＲＦコイルの第１側に配置された第１の複数の鉛直ロッドと、前記特定のＲＦコイルに隣接して、前記特定のＲＦコイルの第１側とは反対の第２側に配置された第２の複数の鉛直ロッドを含む請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
第１及び第２の複数の鉛直ロッドは、前記特定のＲＦコイルの全周に沿って配置される請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
第１及び第２の複数の鉛直ロッドは、前記特定のＲＦコイルの全周未満に沿って配置される請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
第１及び第２の複数の鉛直ロッドは、直径、隣接する鉛直ロッドに対する距離、前記特定のＲＦコイルに対する距離、又は透磁率のうちの少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの第２の個々の鉛直ロッドとは異なる少なくとも１つの第１の個々の鉛直ロッドを含む請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
第１、第２、及び第３ＲＦコイルは、鉛直及び水平方向に移動可能である請求項１〜１２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
第１、第２、及び第３ＲＦコイルは、水平軸の周りを回転するように構成され、これによって第１、第２、及び第３ＲＦコイルの第１の部分が処理チャンバのより近くに配置され、第１、第２、及び第３ＲＦコイルの第２の部分が処理チャンバからより遠くに配置される請求項１〜１２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
第１、第２、及び第３ＲＦコイルの所望の位置への移動を制御するコイルコントローラを含む請求項１４記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、プラズマ処理装置に関する。
【背景】
【０００２】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理リアクタは、一般に、処理チャンバの外部に配置された１以上の誘導コイルを介して処理チャンバ内に配置された処理ガスに電流を誘導することによってプラズマを形成する。誘導コイルは、例えば、誘電体蓋によって、チャンバの外部に配置され、チャンバから電気的に分離することができる。高周波（ＲＦ）電流がＲＦ電源からＲＦ給電構造を介して誘導コイルに供給されると、誘導結合プラズマを誘導コイルによって生成される電界からチャンバの内部に形成することができる。
【０００３】
いくつかのリアクタ設計では、リアクタは同心の内側及び外側誘導コイルを有するように構成することができる。本発明者らは、内側及び外側コイル間の（コイルによって誘導される磁界の相殺的干渉に起因する）付加的な電界特性が、コイルから離れた基板高さにおいて形成されるプラズマの電界分布の不均一性をもたらす可能性があることを発見した。例えば、プラズマ中での不均一な電界分布に起因するエッチング速度の不均一性のため、このようなプラズマによってエッチングされた基板は、基板上に不均一なエッチングパターン（例えば、Ｍ字状のエッチングパターン（例えば、中心部と縁部の間にピークを有し、中心部と縁部で低いエッチング面））をもたらす場合がある。本発明者らは更に、不均一性の度合いを制御するために、内側及び外側コイルの間の電力比を調整することは、不均一性を完全に解消するには不十分であることを観察してきた。更に、本発明者らは、高度なデバイスノードの限界寸法の要件（例えば、約３２ｎｍ以下）を満たすために、この現象に起因して残留するエッチングパターンの不均一性を更に低減又は除去する必要があるかもしれないと考えている。
【０００４】
本発明者らは更に、例えば、誘導プラズマ装置の特性（例えば、上述のように内側及び外側誘導コイルのもつ特性）が、内側及び外側誘導コイルの直径が直線的に増加するのにつれて直線的に比例しない場合があることを発見した。例えば、本発明者らは、例えば、直径４５０ｍｍの基板用に構成されたリアクタ内で使用するために、内側及び外側コイルの直径を直線的に増加させた場合、Ｍ字状のエッチングパターン又は他の処理の不均一性を低減又は排除するための中心部から端部までの処理の調整可能性（同調性）は、高度なデバイスノードの限界寸法要件を満たすのに十分ではないことを発見した。
【０００５】
したがって、本発明者らは、プラズマ処理の不均一性をより良好に制御するプラズマ処理装置を発明した。
【概要】
【０００６】
プラズマ処理のための方法及び装置が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、プラズマ処理装置は、内部処理容積を有する処理チャンバと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第１ＲＦコイルと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第２ＲＦコイルであって、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイルと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第３ＲＦコイルであって、第１及び第２ＲＦコイルに対して同軸に配置された第３ＲＦコイルと、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つに近接して配置され、第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと流れるＲＦ電流によって発生する磁界を局所的に閉じ込める／方向付けるように構成された少なくとも１つのフェライトシールドを含むことができ、プラズマ処理装置は、ＲＦ電流がＲＦコイルの各々を通って流れるとき、ＲＦ電流は、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つを通して、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対して位相がずれて流れるか、又は第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つの中において、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対してＲＦ電流の位相が揃うように又は位相がずれるように選択的に制御することができるように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、プラズマ処理装置は、内部処理容積を有する処理チャンバと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第１ＲＦコイルと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第２ＲＦコイルであって、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイルと、ＲＦエネルギーを処理容積内に結合するために、処理チャンバに近接して配置された第３ＲＦコイルであって、第１及び第２ＲＦコイルに対して同軸に配置された第３ＲＦコイルと、第１、第２、及び第３ＲＦコイルの所望の位置への移動を制御するコイルコントローラを含み、第１、第２、及び第３ＲＦコイルは、鉛直、水平、及び回転方向のうちの少なくとも１つの方向に移動するように構成され、プラズマ処理装置は、ＲＦ電流がＲＦコイルの各々を通って流れるとき、ＲＦ電流は、第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つを通して、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対して位相がずれて流れるか、又は第１、第２、又は第３ＲＦコイルの少なくとも１つの中において、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも他の１つに対してＲＦ電流の位相が揃うように又は位相がずれるように選択的に制御することができるように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、処理チャンバ内でのプラズマ処理方法は、第１ＲＦコイルを介して第１ＲＦ信号を提供する工程と、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイルを介して第２ＲＦ信号を提供する工程と、第１及び第２ＲＦコイルに対して同軸に配置された第３ＲＦコイルを介して第３ＲＦ信号を提供する工程であって、第１ＲＦ信号は、第２又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つに対して位相がずれて流れるか、又は第２又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つに対する第１ＲＦ信号の位相は、位相が揃うように又は位相がずれるように選択的に制御することができる工程と、（ａ）第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと流れるＲＦ電流によって発生する磁界を局所的に閉じ込めるために第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆うための少なくとも１つのフェライトシールド、又は（ｂ）第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通るＲＦ電流の流れによって発生する磁界の強度を制御するために第１、第２、及び第３ＲＦコイルのうちの少なくとも１つを移動する工程を含む。
【０００９】
本発明の他の及び更なる実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本発明の実施形態は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【図１】本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタの概略側面図を示す。
【図２Ａ】〜
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタの部分側面図を示す。
【図３Ａ】〜
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタのＲＦコイルの概略上面図を示す。
【図４Ａ】従来の装置を用いて生成されたエッチング速度プロファイルのグラフを例示的に示す。
【図４Ｂ】本明細書に開示されるような本発明の装置の一実施形態を用いて生成されたエッチング速度プロファイルのグラフを例示的に示す。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に係る処理チャンバ内でのプラズマ処理方法のフローチャートを示す。
【図６Ａ】〜
【図６Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタの整合ネットワーク及びコイル回路を示す。
【図７Ａ】〜
【図７Ｂ】本明細書に開示されるような本発明の装置の実施形態を使用した異なるＲＦ電流の位相の組み合わせとそれに関連する方位の電磁界分布を例示的に示す。
【図８】本発明のいくつかの実施形態に係る可動フェライトシールドを備えた誘導結合プラズマリアクタの部分側面図を示す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態に係る不均一なフェライトシールドを備えた誘導結合プラズマリアクタの部分側面図を示す。
【図１０】本発明のいくつかの実施形態に係るフェライトシールドを有する誘導結合プラズマリアクタの一部分の概略上面図を示す。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態に係る処理チャンバ内でのプラズマ処理方法のフローチャートを示す。
【００１１】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡素化されているかもしれない。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１２】
プラズマ処理のための方法及び装置が、本明細書に提供される。本発明の方法及びプラズマ処理装置は、有利には、従来の装置に比べて、より均一なプラズマを提供することができる。また、本発明の方法及びプラズマ処理装置は、有利には、より大きな直径の基板（例えば、４５０ｍｍ）を収容するようにスケーリングされた場合、従来の装置に比べて、より均一なプラズマを提供することができ、したがって、プラズマによって処理された基板上に、より均一な処理結果を提供することができる。例えば、本発明のプラズマ装置を利用して形成されたプラズマは、より均一なプラズマを提供し、より均一なプロセス（例えば、基板表面のエッチングパターン）を生成するために利用することができる改良された電界分布を有する。本発明に一致した実施形態は、電流位相制御と共に３つのコイルを有利に用いることによってこれを達成し、いくつかの又は全てのコイルは、完全に又は部分的にフェライトシールドによって遮蔽され、これによって磁力線の閉じ込めを向上させることができ、これによって電力結合効率を高め、プラズマ装置内での局在化した電力結合の制御を可能にする。更に、フェライトシールドを（上下に）可動にすることによって、コイル間の電力結合を制御する能力が提供され、したがって、プラズマ装置内に作られるプラズマプロファイルの柔軟な制御を提供する、誘電体窓の下の電磁（ＥＭ）場ラインが形成される。また、フェライトシールドを（回転）可動にすることによって、プラズマ装置内に作られるプラズマプロファイルの更なる柔軟な制御を提供する、誘電体窓の下のＥＭ場ラインを制御する能力が提供される。更に、コイルが、水平移動、鉛直移動、及び／又は軸上で傾斜可能となるように可動コイルを設けることにより、ＥＭ場ラインの強度は、より高度に制御することができ、したがって、プラズマ装置内に作られるプラズマ密度を制御することができる。
【００１３】
図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマリアクタ（リアクタ１００）の概略側面図を示す。リアクタ１００は、単独で、又はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．）から入手可能な統合化半導体基板処理システム、又はクラスタツール（例えば、ＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）統合化半導体ウェハ処理システム）の処理モジュールとして利用することができる。本発明の実施形態に係る修正から有利に利益を得ることができる適切なプラズマリアクタの例は、誘導結合プラズマエッチングリアクタ（例えば、半導体装置のＤＰＳ（商標名）ライン（例えば、ＤＰＳ（商標名）、ＤＰＳ（商標名）ＩＩ、ＤＰＳ（商標名）ＡＥ、ＤＰＳ（商標名）Ｇ３ポリエッチャー、ＤＰＳ（商標名）Ｇ５など）を含み、これらもまたアプライドマテリアルズ社から入手可能である。半導体装置の上記リストは単なる例示であり、他のエッチングリアクタ、及び非エッチング装置（例えば、ＣＶＤリアクタ、又は他の半導体処理装置）もまた、本発明の開示内容にしたがって好適に修正することができる。より大きな直径の基板（例えば、直径４５０ｍｍの基板）に関連して本明細書には記載されているが、リアクタ１００は、これに限定されるものではない。例えば、本発明の方法及び装置の実施形態は、より大きな基板又はより小さな基板（例えば、２００又は３００ｍｍの直径の基板など）用に設計されたリアクタにおける基板上の改善されたエッチング速度プロファイルに対して有益である可能性がある。
【００１４】
リアクタ１００は、処理チャンバ１０４の上に配置された誘導結合プラズマ装置１０２を含む。誘導結合プラズマ装置は、ＲＦ電源１０８に結合される複数のＲＦコイル（例えば、第１ＲＦコイル１１０、第２ＲＦコイル１１２、及び第３ＲＦコイル１１３）を含むことができる。複数のＲＦコイルは、ＲＦ給電構造（図示せず）を介してＲＦ電源１０８に結合することができる。本発明の１以上の実施形態と共に使用することができる例示的なＲＦ給電構造に関する更なる詳細は、Ｚ．Ｃｈｅｎらによって２０１０年６月２３日に出願され、「プラズマ処理用ＲＦ給電構造」と題された米国特許出願第１２／８２１，６２６号に見出すことができる。複数のＲＦコイルは、処理チャンバ１０４に近接して（例えば、処理チャンバ上に）同軸に配置され、ＲＦ電力を処理チャンバ１０４内に誘導結合し、これによって処理チャンバ１０４内で供給される処理ガスからプラズマを形成するように構成される。例えば、図１に示されるように、第１ＲＦコイル１１０は、最も内側のコイルであることができる。第２ＲＦコイル１１２は、第１ＲＦコイル１１０の周りに同心に配置することができる。第３ＲＦコイル１１３は、第２ＲＦコイル１１２の周りに同心に配置することができる。
【００１５】
隣接するＲＦコイル間の間隔は、例えば、隣接するＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流によって発生する電磁界間の干渉を制御するように選択することができる。例えば、電磁界間の干渉は、基板上の中心部から縁部にかけての均一性の制御に重要である場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、第１ＲＦコイル１１０は、約５インチの第１直径を有することができる。いくつかの実施形態では、第２ＲＦコイル１１２は、約１３インチの第２直径を有することができる。いくつかの実施形態では、第３ＲＦコイル１１３は、約１７インチの第３直径を有することができる。しかしながら、第１、第２及び第３直径は、上記の寸法に限定されるものではなく、基板上に所望の中心部から縁部にかけての均一性をもたらす任意の適切な寸法を利用することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、誘導結合プラズマ装置１０２は、第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと向かうＲＦ電流の流れによって発生する磁界を局所的に閉じ込めるように構成された１以上のフェライトシールド１６０を含むことができる。適切に配置されたフェライトシールドは、磁界をプラズマ中に有利に導く。第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通って処理チャンバへと向かうＲＦ電流の流れによって発生する磁界を局所的に閉じ込めることによって、ソースコイル１１０、１１２及び１１３とプラズマとの間の結合効率はこれによって増加する。ソースコイル１１０、１１２及び１１３間のプラズマへのより高効率のカップリング効率は、より高いプラズマ密度をもたらす。また、フェライトシールド１６０による磁気遮蔽に起因するより高い効率は、ＥＭ場の相殺的干渉がプラズマへの誘導結合効率を低下させる反転動作モード（すなわち、２つの隣接するコイル間の電流の位相がずれている場合）において特に有用である。
【００１７】
いくつかの実施形態では、フェライトシールド１６０は、（例えば、上下に）移動し、コイル間で結合するＥＭ場を制御する際に柔軟性を許容するフィールド内の特定のコイルの１又は複数の巻線を覆うように調整可能である（詳細は、図８及び関連する後述を参照）。フェライトシールド１６０の位置の最適化と共にＲＦ電流の位相を切り替えることは、有利には、典型的なＩＣＰリアクタのＭ字型の痕跡を最小限に抑える。１以上のフェライトシールド１６０は、フェライトシールドアクチュエータ１６２を介して動かすことができる。１以上のフェライトシールド１６０の動作は、フェライトシールドアクチュエータ１６２に通信可能に結合されたコントローラ１６８によって制御することができる。
【００１８】
また、フェライトシールドは、１以上の第１、第２、及び／又は第３ＲＦコイルのうちの１以上の巻線に結合された固定ワイヤであることができる（詳細は、図９及び関連する後述を参照）。３つのコイルのうちの１以上を、フェライトシールド１６０で覆うことができる。いくつかの実施形態では、各コイルの巻線の上部は、別々に覆うことができる。
【００１９】
フェライトシールド１６０は、高い透磁率を有する材料（例えば、Ｎｉ−Ｚｎを含むが、これに限定されない）から形成される。フェライトシールド１６０の比透磁率（μ／μ０）は、約１０μ／μ０〜１００００μ／μ０の間とすることができるが、別の比透磁率を有する他の材料もまた、要求されるＲＦ電流の流れの動作周波数に応じて使用可能である。いくつかの実施形態では、フェライト材料は、電界分布制御における柔軟性を可能にするためにコイル毎に変えることができる。いくつかの実施形態では、使用されるフェライト材料の種類は、フェライトの抵抗率と透磁率の温度依存性に基づいて選択される。
【００２０】
フェライトシールド１６０が使用されるいくつかの実施形態では、コイル１１０、１１２、１１３、及びフェライトシールド１６０は、水冷可能であり、これによって大きな熱につながる高出力で動作しながらの放熱性を確保する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３は、鉛直、水平、及び回転方向のうちの少なくとも１つに移動可能である。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３は、水平軸周りに回転する（すなわち、傾斜する）ように構成され、これによって第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３の第１部分が処理チャンバ１０４のより近くに配置され、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３の第２部分が処理チャンバ１０４からより遠くに配置される。コイル１１０、１１２、及び１１３の処理チャンバ１０４に近づく動作、又は処理チャンバ１０４からより遠くへ離れる動作は、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３を通るＲＦ電流の流れによって発生する磁界の強度を変化させる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、コイル１１０、１１２、及び１１３（まとめてコイルアセンブリ１６４とも言う）は、１以上のコイルアクチュエータ１６６を介して水平方向に、及び１以上のコイルアクチュエータ１７０を介して鉛直方向に移動させることができる。いくつかの実施形態では、コイル１１０、１１２、及び１１３は、１以上のコイルアクチュエータ１７０を異なる方向に、又は異なる量だけ移動させることにより傾斜させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、１つのアクチュエータ１７０は、コイル１１０、１１２、及び１１３の片側を処理チャンバ１０４に対してより近くに移動させ、別の１つのアクチュエータ１７０は、コイル１１０、１１２、及び１１３の反対側を処理チャンバ１０４からより遠くに移動させる。コイル１１０、１１２、及び１１３を傾斜させる他の方法を用いてもよい。コイル１１０、１１２、及び１１３の移動は、コイルアクチュエータ１６６及び１７０に通信可能に結合されたコントローラ１６８によって制御することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１６８又は別個のコントローラ（図示せず）を使用して、これによって１以上のフェライトシールド１６０及びコイル１１０、１１２、及び１１３の動作を制御することができる。
【００２３】
図１に示されるように、ＲＦ電源１０８は整合ネットワーク１１４を介して第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３に結合することができる。ＲＦ電源は、図１に示されるように単一のＲＦ電源として、これによって第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々にＲＦ電力を供給することができる。電力分割器１０５は、それぞれ第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの２以上にそれぞれ送出されるＲＦ電力を調整するように供給することができる。例えば、図１に示されるように、ＲＦ電源１０８は、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々に電力分割器１０５を介して結合することができる。電力分割器１０５は、整合ネットワーク１１４と複数のＲＦコイルとの間、又はＲＦ給電構造が存在する場合はＲＦ給電構造との間に結合することができる。あるいはまた、電力分割器は、整合ネットワーク１１４の一部であることができ、その場合、整合ネットワークは、複数のＲＦコイル又はＲＦ給電構造に結合される３つの出力（すなわち、１つの出力がＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々に対応する）を有するだろう。電力分割器は、以下でより詳細に説明する。整合ネットワーク回路及びコイル回路は、図６Ａ〜Ｃに関して以下でより詳細に説明される。
【００２４】
あるいはまた、図２Ａ〜Ｂに示されるように、誘導結合プラズマ装置１０２は、２以上の電力源を含むことができる。例えば、図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態に係る誘導結合プラズマ装置１０２を含むリアクタ１００の部分概略図を示す。例えば、図２Ａに示されるように、誘導結合プラズマ源１０２は、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３にＲＦ電力を供給するための２つの電源を含むことができる。例えば、ＲＦ電源１０８（例えば、第１ＲＦ電源）は、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に電力分割器１０５を介して結合することができる。第２ＲＦ電源２０２は、第３ＲＦコイル１１３に結合され、これによってＲＦ電力を供給することができる。例えば、第２ＲＦ電源２０２は、第２整合ネットワーク２０４を介して第３ＲＦコイル１１３に結合してもよい。図２Ａに示されるように、整合ネットワーク１１４は、ＲＦ電源１０８からのＲＦ電力を、電力分割器１０５を介して第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に結合するために使用することができる。例えば、動作中、電力分割器１０５は、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２間の電力比を制御することができ、第２ＲＦ電源２０２は、第３ＲＦコイル１１３に供給される電力を制御することができる。例えば、第１及び第２電源１０８、２０２は、リンクされる又は同期されるなどして、これによって第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々の間に所望の全体的な電力比を提供することができる。
【００２５】
図２Ａに示されるような誘導結合プラズマ装置１０２の設計は、単なる一実施形態に過ぎない。例えば、このような実施形態は、有利には、上述のようにより大きな直径の基板（例えば、４５０ｍｍ基板など）を処理することが可能なリアクタで使用するための既存のデュアルコイル誘導結合プラズマ装置を適応させるために使用することができる。したがって、第２電源２０２及び第３ＲＦコイル１１３は、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２を含むことができる既存のデュアルコイル誘導結合リアクタに付加することができる。
【００２６】
あるいはまた、図２Ｂに示されるように、誘導結合プラズマ装置１０２は、各ＲＦコイルに１つが結合された３つの電源を含むことができる。例えば、図２Ｂに示されるように、ＲＦ電源１０８（例えば、第１ＲＦ電源）は、整合ネットワーク１１４を介して第１ＲＦコイル１１０に結合することができる。第２ＲＦ電源２０６は、第２整合ネットワーク２０８を介して第２ＲＦコイル１１２に結合することができる。第３ＲＦ電源２１０は、第３整合ネットワーク２１２を介して第３ＲＦコイル１１３に結合することができる。上記と同様に、第１、第２、及び第３電源１０８、２０６、及び２１０は、リンクされる又は同期されるなどして、これによって第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々の間に所望の全体的な電力比を提供することができる。いくつかの実施形態では、図２Ｂに示されるように、電力分割器を使用しない場合がある。
【００２７】
図１に戻ると、リアクタ１００は、概して、導電性本体（壁）１３０及び誘電体蓋１２０（これらは一緒になって処理容積を画定する）を有する処理チャンバ１０４と、処理容積内に配置された基板支持台１１６と、誘導結合プラズマ装置１０２と、コントローラ１４０を含む。壁１３０は、典型的には、電気的グランド１３４に結合される。いくつかの実施形態では、支持台１１６は、バイアス用電源１２２へ整合ネットワーク１２４を介して結合された陰極を提供することができる。バイアス用電源１２２は、例示的には、連続又はパルス化された電力のいずれかを生成可能な、約４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、又は１３．５６ＭＨｚの周波数で最大１０００Ｗの電源であることができるが、他の周波数及び電力を特定の用途のために要望に応じて供給することもできる。他の実施形態では、電源１２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ電源であることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、リンク（図示せず）が提供され、これによってＲＦ電源１０８（又は図２Ａ〜Ｂに示されるような複数のＲＦ電源）とバイアス電源１２２を結合し、これによって一方の電源の動作を他方と同期させるのを促進することができる。いずれかのＲＦ源がリード又はマスターのＲＦ発生器であり、一方、他方の発生器が従う、又はスレーブとすることができる。リンクは、ＲＦ電源１０８及びバイアス電源１２２を完全に同期させて、又は所望のオフセット又は位相差で動作させるのを更に促進することができる。ＲＦ電源の一方又は両方内に、又はＲＦ電源間のリンク内に配置された回路によって、位相制御を提供することができる。電源とバイアスＲＦ発生器（例えば、１０８、１２２）間のこの位相制御は、ＲＦ電源１０８に結合された複数のＲＦコイル内を流れるＲＦ電流の位相制御とは独立して提供され、制御することができる。電源とバイアスＲＦ発生器の間の位相制御に関する更なる詳細は、Ｓ．Ｂａｎｎａらによって２００９年５月１３日に出願され、「ＲＦ電力送出のための時間分解チューニング方式を用いたパルスプラズマ処理のための方法及び装置」と題された、同一所有者である、米国特許出願第１２／４６５，３１９号に見出すことができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、誘電体蓋１２０は、実質的に平坦であることができる。チャンバ１０４の他の修正形態は、他の種類の蓋（例えば、ドーム状の蓋又は他の形状など）を有することができる。誘電体蓋１２０は、誘電体窓とも呼ばれ、それを通して誘導結合プラズマ装置１０２は、処理容積内にＲＦエネルギーを結合し、例えば、プラズマを形成することができる。誘導結合プラズマ装置１０２は、典型的には、蓋１２０の上方に配置され、ＲＦ電力を処理チャンバ１０４内に誘導結合するように構成される。誘導結合プラズマ装置１０２は、誘電体蓋１２０の上方に配置された第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３を含む。各コイルの相対位置、直径の比、及び／又は、各コイルの巻数を各々要望通りに調整し、これによって例えば、各コイルのインダクタンスの制御を介して、形成されるプラズマの形状又は密度を制御することができる。図１に示されるように、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々は、整合ネットワーク１１４を介してＲＦ電源１０８に結合することができる、又は図２Ａ〜Ｂに示されるように複数の整合ネットワークを介して複数の電源に結合することができる。本明細書に開示されたＲＦ電源の任意の実施形態は、例示的に、約５０ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の調整可能な周波数で、最大４０００Ｗを生成可能とすることができるが、他の周波数及び電力を特定の用途に対して要望通りに提供することができる。いくつかの実施形態では、選択された周波数は、フェライトシールドの材料特性に適合すべきである。例えば、いくつかのフェライトシールドの材料特性は、ＲＦ周波数が約４００ｋＨｚ〜約２ＭＨｚの範囲内であることを要求する場合がある。
【００３０】
リアクタ１００は、ＲＦ電流がＲＦコイル（例えば、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３）の各々を通って流れる場合に、ＲＦ電流は、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの少なくとも１つを通して、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの別の少なくとも１つに対して位相がずれて流れる、又は、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの少なくとも１つの、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの別の少なくとも１つに対するＲＦ電流の位相は、位相が揃っているか、又は位相がずれているかを選択的に制御することができるように構成することができる。本明細書で用いられ場合、用語「位相のずれ」は、複数のＲＦコイルのうちの１つを通って流れるＲＦ電流が複数のＲＦコイルのうちの別の１つを通って流れるＲＦ電流と逆方向に流れていること、又は第１ＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流の位相が、第２ＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流に対してシフトされることを意味すると理解することができる。
【００３１】
例えば、ＲＦ電流の位相は、例えば、位相シフタ（位相調整器）を使用することによって、及び／又はＲＦ電流がＲＦコイルを通って反対方向に流れるようにＲＦコイルを反対方向に巻くことなどによって、リアクタ１００の１以上の素子によってシフトすることができる。本明細書で説明したように、１以上のＲＦコイル内で位相が揃う又は位相がずれるようにするＲＦ電流の選択的制御が望まれる実施形態では、少なくとも１つの位相シフタをリアクタ１００内に含むことができ、オプションで、１以上のＲＦコイルを反対方向に巻くことができる。あるいはまた、位相が揃う又は位相がずれるようにするＲＦ電流の選択的制御が望まれず、１以上のＲＦコイルを通して位相がずれたＲＦ電流のみが望まれない場合は、位相シフタは必要とされないかもしれない。したがって、図１及び図２Ａ〜Ｂに示されるような位相シフタ１０６は、オプションの素子として点線を用いて示されている。
【００３２】
例えば、図１に示されるように、位相シフタ（例えば、位相シフタ１０６又は阻止コンデンサ（図示せず））を使用して、これによって第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの１以上を通って流れるＲＦ電流の位相を選択的にシフトさせ、これによって第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの少なくとも１つを通って流れるＲＦ電流は、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の別の１つを通って流れるＲＦ電流と位相をずらすことができる。いくつかの実施形態では、位相シフタ又は阻止コンデンサは、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの少なくとも１つを通って流れるＲＦ電流が、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の別の１つを通って流れるＲＦ電流と約１８０度位相がずれるように位相をシフトさせることができる。しかしながら、ＲＦ電流は位相が約１８０度ずれている必要はなく、いくつかの実施形態では、位相は、約±１８０度までの位相ずれが可能である。
【００３３】
同様に、図２Ａ〜Ｂに示されるような誘導結合プラズマ装置の実施形態は、位相シフタ１０６を利用することができる。例えば、図２Ａに示されるように、位相シフタ１０６は、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２と、第３ＲＦコイル１１３の両方に結合することができる。例えば、位相シフタ１０６は、図２Ａ〜Ｂに示されるように、各ＲＦコイルに結合された単一の素子であることができ、あるいはまた、１以上の素子（図示せず、例えば、各ＲＦコイルに結合された別個の素子）であることも可能である。例えば、図２Ａに示される誘導結合プラズマ装置１０２の実施形態の文脈内で上述されたように、第３ＲＦコイル１１３を既存の誘導結合プラズマ装置に付加してもよい。したがって、第３ＲＦコイル１１３を通るＲＦ電流の位相を選択的にシフトさせるための別個の位相シフタ（図示せず）を、第３ＲＦコイル１１３に結合してもよい。
【００３４】
位相シフタを含む実施形態と代替的に、又はこれと組み合わせて、図３Ａ〜Ｂに示されるように、１以上のＲＦコイルを反対方向に巻くことができる。例えば、従来の装置では、各ＲＦコイルは、典型的には、同じ方向に巻かれている。例えば、位相シフタを含むいくつかの実施形態では、図３Ｂの矢印で示されるように、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３を同じ方向に巻くことができる。このように、ＲＦ電流は、両方のコイル内を同じ方向（時計回り（図示）又は反時計回りのいずれか）に流れている。位相シフタが誘導結合プラズマ装置に含まれていなければ、同じ巻き方向は、２つのＲＦコイル内を流れるＲＦ電流が常に同位相であることを指示する。本発明において、本発明者らは、外部手段（例えば、位相シフタ）によって、又はコイルのうちの少なくとも１つを物理的に反対方向に巻き、こうして元の位相を変えることによって、２つのコイル間で位相をずらしてＲＦ電流を供給することを検討した。コイル間の位相を制御することによって、本発明者らは、不均一なエッチング結果（例えば、Ｍ字状のエッチングパターン）を低減し、除去する能力を発見し、更に処理（例えば、エッチング速度）パターンを、高い中心部から高い縁部へ又は平坦で均一な処理パターンへと制御する能力を発見した。コイル間に位相のずれたＲＦ電流を供給することによって、かつＲＦコイル１１０、１１２、１１３間の電力比を制御することによって、本発明者らは、基板全域に亘る改善された均一性を達成する処理パターンの制御を促進する装置を提供している。
【００３５】
コイル間に位相のずれたＲＦ電流を供給することによって、本装置は、各コイルによって発生する電磁場間の破壊的な干渉を建設的に逆転させ、したがってリアクタ内の典型的な建設的な電場プラズマ特性を同様に逆転させることができる。例えば、本装置は、隣接するＲＦコイルに沿って流れる位相のずれたＲＦ電流を供給することによって、各々のＲＦコイルに近接する電界を増加させ、コイル間の電界を減少させるように構成することができる。例えば、各々のコイル内のＲＦ電流が完全に逆位相である（例えば、逆の電流の流れ又は１８０度の位相差）であるいくつかの実施形態では、各々のＲＦコイルに近接して電界を最大化（又は局在化）することができ、かつ反対の電界間の破壊的干渉に起因してコイル間で電界を最小化（又はゼロに）することができる。本発明者らは、このようなコイル構成を用いて形成されたプラズマは、有利には、改善された（例えば、より均一な）電界分布を有することができ、プラズマの成分が電界ゼロの領域内に拡散して、これによってより均一なプラズマを提供可能であることを発見した。
【００３６】
いくつかの実施形態では、各コイルを通って流れるＲＦ電流の方向は、コイルが巻かれている方向によって制御することができる。例えば、図３Ａに示されるように、第１ＲＦコイル１１０は、第１方向３０２に巻き付けることができ、第２ＲＦコイル１１２は、第１の方向３０２とは反対の第２方向３０４に巻き付けることができる。したがって、（例えば、図１、２Ａに示されるような）ＲＦ電源１０８によって供給されるＲＦ信号の位相は、位相シフタ１０６を使用しない場合、変わらないかもしれないが、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２の反対の巻き方向３０２、３０４は、ＲＦ電流に位相のずれ（例えば、反対方向の流れ）をもたらす。同様に、第３ＲＦコイル１１３は、図３Ａに示されるように、第１方向３０２に巻き付けることができる。したがって、第３ＲＦコイル１１３は、第１ＲＦコイル１１０と位相が揃い、第２ＲＦコイル１１２と位相がずれることができる。しかしながら、図３Ａに示されるＲＦコイルの実施形態は単なる例示であり、他の実施形態も可能である。例えば、（図示されないが、）隣接するＲＦコイルを同じ方向に巻かれる（例えば、第２及び第３ＲＦコイル１１２、１１３を、第１ＲＦコイル１１０の巻き方向とは逆方向に巻かれる）又は所望のプラズマ特性に応じてＲＦコイルの他の適切な巻き付けの組合せで巻かれることもできる。
【００３７】
更に、ＲＦコイルの追加の実施形態が可能であり、各ＲＦコイルは単一の連続コイルである必要はなく、各々は差し挟まれ対称的に配置され積み重ねられた複数（２以上）のコイル素子であることができる。差し挟まれ対称的に配置され積み重ねられたコイル素子を含むＲＦコイルに関する更なる詳細は、Ｖ．Ｔｏｄｏｒｏｗらによって２０１０年６月２３日に出願され、「誘導結合プラズマ装置」と題された、同一所有者である、米国特許出願第１２／８２１，６０９号に見出すことができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、電力分割器（例えば、分割コンデンサ）は、図１に示されるように、ＲＦ電源１０８によって第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のそれぞれへ供給されるＲＦ電力の相対量を制御するために設けることができる、又は電力分割器（例えば、分割コンデンサ）は、図２Ａに示されるように、ＲＦ電源１０８によって第１、及び第２ＲＦコイル１１０、１１２のそれぞれへ供給されるＲＦ電力の相対量を制御するために設けることができ、第３ＲＦコイル１１３に供給されるＲＦ電力の大きさは、第２ＲＦ電源２０２によって制御することができる。あるいはまた、図２Ｂに示されるように、ＲＦ電力の大きさは、別個のＲＦ電源１０８、２０８、２１０を介して各ＲＦコイルに独立して制御することができる。例えば、図１、２Ａ〜Ｂに示された上述の実施形態のいずれかを用いて、各コイルに供給されるＲＦ電力の量を制御することは、ＲＦコイル１１０、１１２、１１３の各々に対応するゾーンでのプラズマ特性の制御を促進することができる。
【００３９】
各ＲＦコイルを通って流れるＲＦ信号の位相と組み合わせて電力比を調整することにより、本発明者らは、望ましくない処理の不均一性（例えば、基板表面のＭ字状エッチングプロファイル）を制御することができることを発見した。例えば、図４Ａ〜Ｂは、従来の装置と本明細書に開示されるような本発明の装置の実施形態を用いて生成されたエッチング速度プロファイルのグラフを例示的に示している。これらのグラフは、発明者らによって実行された実際のテスト及び観測からのデータを例示的に示している。図４Ａは、従来の装置における第１及び第２ＲＦコイル間の複数の電力比に対する基板面の半径方向に沿った（軸４１２）エッチング速度（軸４１０）のエッチング速度プロファイルのグラフを示している（プロット４０２Ａ、４０４Ａ及び４０６Ａ）。従来の装置において電力比を調整することによって、エッチング速度プロファイルのある程度の制御を達成することはできるが、電力比のいかなる調整も依然として不十分な全体的な均一性をもたらし、特に、悪い縁部プロファイルの維持可能性（例えば、各電力比は、エッチングプロファイルの縁部で限られた効果を提供する）をもたらすことを、本発明者らは発見した。
【００４０】
これとは対照的に、図４Ｂは、ＲＦコイルの少なくとも１つを通って流れるＲＦ電流の位相がずれた本発明の実施形態に係る装置における各々のＲＦコイル間の複数の同じ電力比に対する基板面の半径方向（軸４１２）に沿ったエッチング速度（軸４１０）のエッチング速度プロファイルのグラフを示している（プロット４０２Ｂ、４０４Ｂ及び４０６Ｂ）。具体的には、図４Ｂに示されるように、本発明の装置で同じ電力比の調整をすることにより、本発明者らは、著しく大きな度合いの均一性制御を達成できることを発見した。また、大幅に向上した縁部プロファイルの調整可能性も達成することができる。図４Ｂのグラフから分かるように、本発明の装置は、電力比（例えば、４０４Ｂ）を調整することによって、実質的に均一なエッチング速度プロファイルを提供することができ、また従来の装置と比較して、著しく大きな縁部プロファイルの調整可能性を提供することもできる。例えば、ＲＦコイルのうちの少なくとも１つを通って流れるＲＦ電流の位相がずれるように構成されたチャンバ内の電力比を制御することにより、均一性のプロファイルを制御して、これによって中心部が高く、縁部が低いエッチング速度、実質的に平坦なエッチング速度、又は中心部が低く、縁部が高いエッチング速度を提供することができる。これらの結果は、プラズマの均一性に起因しているので、このような制御は、プラズマの均一性がこのような処理又は結果の制御を提供する他の処理又は結果（例えば、プラズマ処理、蒸着、アニーリングなど）にも転用可能である。
【００４１】
図１に戻って、ヒータ素子１２１は、誘電体蓋１２０の上に配置され、これによって処理チャンバ１０４の内部の加熱を促進することができる。ヒータ素子１２１は、誘電体蓋１２０と第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では。ヒータ素子１２１は、抵抗ヒータ素子を含むことができ、ヒータ素子１２１の温度を約５０〜約１００℃となるように制御するのに十分なエネルギーを提供するように構成された電源１２３（例えば、交流電源）に結合することができる。いくつかの実施形態では、ヒータ素子１２１は、オープンブレークヒータであることができる。いくつかの実施形態では、ヒータ素子１２１は、環状素子などのノーブレークヒータを含み、これによって、処理チャンバ１０４内の均一なプラズマ形成を促進することができる。
【００４２】
動作中には、基板１９４（例えば、半導体ウェハ、又はプラズマ処理に適した他の基板）を台１１６上に配置することができ、処理ガスをガスパネル１３８から入口ポート１２６を通って供給し、これによって処理チャンバ１０４内にガス状混合物１５０を形成することができる。ガス状混合物１５０は、プラズマ電源１０８から第１及び第２コイル１１０、１１２に、及びオプションで１以上の電極（図示せず）に、電力を印加することによって、処理チャンバ１０４内で点火してプラズマ１５５にすることができる。いくつかの実施形態では、バイアス電源１２２からの電力を台１１６に供給することもできる。チャンバ１０４の内部の圧力は、スロットルバルブ１２７及び真空ポンプ１３６を用いて制御することができる。チャンバ壁１３０の温度は、壁１３０を通る液体含有導管（図示せず）を用いて制御することができる。
【００４３】
基板１９４の温度は、支持台１１６の温度を安定化させることによって制御することができる。一実施形態では、ガス供給源１４８からのヘリウムガスを、基板１９４の裏面と台表面内に配置された溝（図示せず）との間に画定されたチャネルへとガス管１４９を介して供給することができる。ヘリウムガスは、台１１６と基板１９４との間の熱伝達を促進するために使用される。処理中に、台１１６は、台内の抵抗ヒータ（図示せず）によって定常状態の温度まで加熱することができ、ヘリウムガスは、基板１９４の均一な加熱を促進することができる。このような熱制御を使用して、基板１９４は、例示的には、０〜５００℃の温度に維持することができる。
【００４４】
コントローラ１４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１４４と、メモリ１４２と、ＣＰＵ１４４のためのサポート回路１４６を含み、リアクタ１００のコンポーネントの制御を促進し、このようにして、例えば、本明細書に説明されたプラズマを形成する方法の制御を促進する。コントローラ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの任意の形態のうちの１つであることができる。ＣＰＵ１４４のメモリ又はコンピュータ可読媒体１４２は、容易に入手可能な１以上のメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又はデジタルストレージ、ローカル又はリモートの任意の他の形態）であることができる。サポート回路１４６は、慣用の方法で、プロセッサをサポートするためにＣＰＵ１４４に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。本明細書に記載されるような本発明の方法は、本明細書に記載される方法でリアクタ１００の動作を制御するために実行又は呼び出されることができるソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２内に格納することができる。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウェアから離れて配置されている第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納及び／又は実行されることができる。
【００４５】
図５は、本発明のいくつかの実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートを示す。方法５００は、図１〜４に図示される本発明の実施形態にしたがって以下に説明される。しかしながら、方法５００は、本明細書に記載される本発明の任意の実施形態で適用することができる。
【００４６】
方法５００は、（方法５００の「第１ＲＦコイル」は上述のＲＦコイルのいずれであってもよいが）第１ＲＦコイル１１０などの第１ＲＦコイルを通して第１ＲＦ信号を供給することによって、５０２から始まる。第１ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００４７】
５０４では、第２ＲＦ信号が、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイル（例えば、第２ＲＦコイル１１２）を通して供給される。第２ＲＦ信号は、（例えば、第２ＲＦ電源２０６によって）第２ＲＦコイルに供給される別個のＲＦ信号であることができる、あるいはまた、第１ＲＦ電源１０８によって供給された第１ＲＦ信号と同一とすることができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途のために所望の任意の適切な位相で（例えば、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相を揃えて、又は位相をずらして）第２ＲＦコイルを通して供給することができる。上述のように、第２ＲＦ信号は、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相がずれるように供給することができる、あるいはまた、特定の用途に対して要望通りに、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相を揃える又は位相をずらすように選択することができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００４８】
５０６では、第３ＲＦ信号が、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に対して同軸に配置された第３ＲＦコイル（例えば、第３ＲＦコイル１１３）を通して供給され、これによって第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つは、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの別の少なくとも１つに対して位相がずれて流れる、又は、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つの、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの別の少なくとも１つに対する位相は、位相が揃っているか、又は位相がずれているかを選択的に制御することができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００４９】
上記の実施形態のいずれも、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３を通って流れるＲＦ電流の位相を制御するために利用することができる。例えば、上述のように、任意の２つのＲＦコイル間で位相のずれた状態を作るために、ＲＦコイルは反対方向に巻くことができる。代替的に又はこれと組み合わせて、位相シフタ（例えば、位相シフタ１０６）を利用して、これによって１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流が別の１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流と位相がずれるように、１以上のＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流の位相をシフトさせることができる。いくつかの実施形態では、位相シフタ又は阻止コンデンサは、１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流が別の１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流と約１８０度位相がずれるように位相をシフトすることができる。しかしながら、ＲＦ電流は位相が約１８０度ずれている必要はなく、いくつかの実施形態では、位相は、約±１８０度までの位相ずれが可能である。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３ＲＦ信号の各々の周波数は、ほぼ同じであってもよい。
【００５０】
５０８では、プラズマ（例えば、プラズマ１５５）は、第１、第２、及び第３ＲＦコイルによって提供される第１、第２、及び第３ＲＦ信号を、処理チャンバ内に配置される処理ガス（例えば、ガス状混合物１５０）に結合することによって形成することができる。処理ガスは、プラズマを形成するための任意の適切な処理ガスを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号は、第１、第２及び第３ＲＦコイルの各々に等しい電力設定で供給することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号は、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３のうちの任意の２つの間で約１：１０〜約１０：１の固定された又は調整可能な電力比で供給することができるが、特定の用途に対して他の電力比を使用することもできる。例えば、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つの大きさは、独立に制御することができる。例えば、図２Ｂに示されるように、各々のＲＦコイルが別個のＲＦ電源に結合されるいくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３ＲＦ信号の各々の大きさは、独立して制御することができる。同様に、図２Ａ〜２Ｂに示されるようないくつかの実施形態では、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つの周波数を独立に制御することができる。第１、第２、及び第３ＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流のＲＦ電流比及び／又は位相差の同一又は異なる設定を使用して、所望の時間、プラズマを維持することができる。
【００５１】
図６Ａ〜Ｃは、本発明と一致した実施形態を実施するために使用することができるプラズマ源の種々の回路モデルを示す。回路モデルは、３つの簡単なコイル回路（例えば、外側コイル６１２、中央コイル６１４、及び内側コイル６１６）によって表される上述の３つのコイルを含み、残りの回路は、ＲＦ電力の送出を調整し制御するために使用される整合ネットワーク１１４及び電力分割器である。図６Ａと一致したいくつかの実施形態では、トリプルコイルアセンブリ６０４（すなわち、コイル回路６１２、６１４、及び６１６）に結合された整合ネットワーク１１４が示される。整合ネットワーク１１４は、ＲＦ整合入力６０６を受け取る。いくつかの実施形態では、ＲＦ整合入力６０６は、単一の入力である。他の実施形態では、ＲＦ整合入力６０６は、複数の入力から構成されてもよい。整合ネットワーク１１４からのＲＦ整合出力６０８は、トリプルコイルアセンブリ６０４に入力として提供される。図６Ａの素子６１０は、３コイル（外側コイル６１２、中央コイル６１４、及び内側コイル６１６）の相互インダクタンス６１０を指している。図６Ａ〜Ｃに示される回路には、プラズマ負荷のインピーダンスは含まれておらず、損失の無いコイル及びコンデンサを想定している。ＣＤＣ１６１８及びＣＤＣ１６２０は、異なるコイル間の電力結合を調整するために使用される可変コンデンサである。いくつかの実施形態では、可変コンデンサの値は、コイル間の電流比を決定するように選択することができる。他の実施形態では、所望の電流比を選択することができ、可変コンデンサの値は、そのような電流を達成するように計算されるだろう。図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明と一致した実施形態で使用することができるトリプルコイルアセンブリ回路６０４の別の変形形態を提供する。
【００５２】
図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａ〜Ｃに示される電気部品の値に基づいて達成可能であるコイル間のＲＦ電流の位相に対応する動作モードを示す。図７Ａ及び図７Ｂに関して具体的には、図７Ａに示されるようなコイルの電流の位相（＋又は−）を質的に変化させることは、電磁場の干渉パターンを変化させ、これによって図７Ｂの方位的電磁場分布に示されるようなコイルの誘導性電力結合プロファイルを変化させる。例えば、図７Ａ内の（ａ）における電流比は、すべての３つのコイル間の等しい電流比（１：１：１）によって＋／＋象限内にある。点（ａ）に対する方位的な電磁場分布７０２が図７Ｂに示される。いくつかの実施形態では、使用者は単にモード（例えば、＋／＋、＋／−、−／−、又は−／＋）と、予め定義された範囲内の所望の電流比を選択することができる。使用者によって選択されたモードは、誘電体窓の下に作られるプラズマプロファイルの山と谷を制御するための所望のプラズマプロファイルに基づいている。
【００５３】
図８は、（図１に関連して上述したように、処理チャンバ１０４の誘電体蓋１２０の上方に配置された）可動フェライトシールド１６０と共に、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３を示す。可動フェライトシールド１６０は、初期位置１６０’で開始することができ、かつ局所的な磁場を調整し、上記のＭ字状の痕跡を平滑化するために要望通りの新しい位置１６０に移動することができる。図１に関して上述したように、いくつかの実施形態では、フェライト１６０は、（例えば、上下に）移動して、コイル間のＥＭ場結合を制御する際に柔軟性を許容する特定のコイルの単一又は複数の巻線を覆うように調整可能である。フェライトシールド１６０の位置の最適化に加えて、ＲＦ電流の位相を切り替えることで、有利には、典型的なＩＣＰリアクタのＭ字状の痕跡を最小限に抑える。１以上のフェライトシールド１６０は、フェライトシールドアクチュエータ１６２を介して移動させることができる。１以上のフェライトシールド１６０の移動は、フェライトシールドアクチュエータ１６２に通信可能に結合されたコントローラ１６８によって制御することができる。
【００５４】
図９は、（図１に関して上記されたような処理チャンバ１０４の誘電体蓋１２０の上方に配置された）少なくとも１つのコイルの巻線のうちの少なくともいくつかに近接して配置された不均一なフェライトシールド１６０と共に、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３を示している。いくつかの実施形態では、不均一なフェライトシールド１６０は、第１、第２、及び／又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３のうちの１以上の、１以上の巻線に結合された固定フェライトワイヤーであることができる。いくつかの実施形態では、各コイルの巻線の上部は、別々に遮蔽されてもよい。不均一なフェライトシールド１６０は、局所的な結合効率の制御を可能にし、均一性制御のための追加の制御ノブを提供する。
【００５５】
図１０は、本発明のいくつかの実施形態に係るフェライトシールドを有する誘導結合プラズマリアクタの一部の概略上面図である。具体的には、図１０は、本発明のいくつかの実施形態に係る、第１、第２、及び第３ＲＦコイル１１０、１１２、及び１１３、及びフェライトシールド１６０の上面図を示している。図１０と一致した実施形態では、フェライトシールド１６０は、特定のＲＦコイル（例えば、図１０に示されるような第２ＲＦコイル１１２）の両側に配置された第１の複数の鉛直ロッド１００２及び第２の複数の鉛直ロッド１００４を含む。図１０では第２ＲＦコイル１１２の両側のみに配置されているものとして示されているが、フェライト１６０は、代替的に又はこれと組み合わせて任意の１以上の他のＲＦコイル（例えば、１１０、１１３）の周りに配置することができる。したがって、フェライトシールドは、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、又は１１３のいずれか１以上の周りに配置することができる。例えば、第３の複数の鉛直ロッド及び第４の複数の鉛直ロッドを、別のＲＦコイル（例えば、図１０の第１又は第３ＲＦコイル）の両側（例えば、半径方向の内周と半径方向外周）に配置してもよい。すべての３つのＲＦコイルがフェライトシールドを有する場合は、第５及び第６の複数の鉛直ロッドを残りのＲＦコイルの両側に配置してもよい。
【００５６】
フェライトシールド１６０内の鉛直ロッドは、プラズマの分布を局所的に制御するように構成され、これによって処理の非対称性（例えば、スキューの制御、プラズマの非対称性、及び／又はプラズマプロファイルの制御）を補償することができる。例えば、第１の複数の鉛直ロッド１００２及び第２の複数の鉛直ロッド１００４は、（破線１０１０、１０１２によって示されるように）特定のＲＦコイルの周囲全体の周りに、又は（角度αによって示されるように）その一部の周りに分布させることができる。
【００５７】
各々の複数の鉛直ロッドの中の鉛直ロッドは、鉛直ロッドの適切な配置及び必要であれば動作を促進する任意の適切な方法で所定の位置に保持することができる。例えば、複数の鉛直ロッドは、処理チャンバの蓋に直接的に又は間接的に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、リング（又は円弧セグメント）を設け、これによってリングに取り付けられた複数の鉛直ロッドを所定の位置に保持することができる。いくつかの実施形態では、一対のリング（又は円弧セグメント）を設け、これによって一対のリング（又は円弧セグメント）の間に取り付けられた複数の鉛直ロッドを所定の位置に保持することができる。リング又は他の支持部材は、蓋に固定されるか、蓋に移動自在に取り付けられるか、又は蓋の上方の所定の位置に保持することができる。他の取付け及び作動構成も使用することができる。
【００５８】
第１の複数の鉛直ロッド１００２のうちの個々のロッド１００６及びは、第２の複数の鉛直ロッド１００４のうちの個々のロッド１００８は、隣接するＲＦコイルに対する鉛直ロッドの影響を局所的に制御するように独立して構成することができる。例えば、各々の鉛直ロッド１００６、１００８に対して個々に制御することができるパラメータは、鉛直ロッドから隣接するＲＦコイルまでの距離、特定の複数の鉛直ロッド内における隣接する鉛直ロッド間の距離、鉛直ロッドの直径、鉛直ロッドの透磁率、及び鉛直ロッドの長さを含む。
【００５９】
上記のパラメータに対する典型的な値としては、鉛直ロッドから隣接するＲＦコイルまでの距離は約０．１〜約２インチ、隣接するロッド間の距離は約０．１〜約３インチ、鉛直ロッドの直径は約０．１〜約１インチ、鉛直ロッドの透磁率は約１０〜約８００、及び鉛直ロッドの長さはＲＦコイルの高さよりも最大約２インチ長い又は短い値を含むが、これらに限定されない。また、これらのパラメータのいずれか１以上は、特定のＲＦコイルを取り囲む（例えば、１００２、１００４の両方の中の）すべての鉛直ロッドに亘って均一である、特定の複数の鉛直ロッド内（例えば、１００２内、又は１００４内）で均一である、又は特定のＲＦコイルを取り囲む複数の鉛直ロッドのいずれか又は両方内で不均一（例えば、１００２及び１００４の各々の内で不均一）であることができる。例えば、複数の鉛直ロッド内の隣接する鉛直ロッドは、互いに均等に又は不均等に離間させることができ、同一の又は異なる透磁率を有することができる。このように、相互の及び隣接するＲＦコイルに対する個々のロッドの幾何学的分布のみならず、個々の鉛直ロッドの透磁率及び位置を制御することによって、使用中に処理チャンバ内に形成されるＥＭ場ラインを制御することができる。
【００６０】
また、いくつかの実施形態では、フェライトシールド１６０は、（上述の）フェライトシールドアクチュエータ１６２に結合し、これによってＲＦコイルに対してフェライトシールドの鉛直方向の位置を制御することができる。いくつかの実施形態では、フェライトシールドアクチュエータ１６２は、矢印１０１４で示されるように、処理チャンバに対してフェライトシールド１６０を回転させるように構成される。例えば、個々の複数の鉛直ロッド（例えば、１００２、１００４）は、方位的に非対称であることができ、処理チャンバに対して、ならびに他のＲＦコイルに隣接して配置された任意の他の複数の鉛直ロッドに対して回転させることができ、これによって例えば、方位的非対称性の向きを制御し、処理の不均一性を補償する。
【００６１】
図１１は、本発明のいくつかの実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートを示す。方法１１００は、図１〜１０に図示される本発明の実施形態にしたがって以下に説明される。しかしながら、方法１１００は、本明細書に記載される本発明の任意の実施形態で適用することができる。
【００６２】
方法１１００は、（方法１１００の「第１ＲＦコイル」は上述のＲＦコイルのいずれであってもよいが）第１ＲＦコイル１１０などの第１ＲＦコイルを通して第１ＲＦ信号を供給することによって、１１０２から始まる。第１ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００６３】
１１０４では、第２ＲＦ信号が、第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイル（例えば、第２ＲＦコイル１１２）を通して供給される。第２ＲＦ信号は、（例えば、第２ＲＦ電源２０６によって）第２ＲＦコイルに供給される別個のＲＦ信号であることができる、あるいはまた、第１ＲＦ電源１０８によって供給された第１ＲＦ信号と同一とすることができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途のために所望の任意の適切な位相で（例えば、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相を揃えて、又は位相をずらして）第２ＲＦコイルを通して供給することができる。上述のように、第２ＲＦ信号は、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相がずれるように供給することができる、あるいはまた、特定の用途に対して要望通りに、隣接する第１又は第３ＲＦコイル１１０、１１３のＲＦ信号と位相を揃える又は位相をずらすように選択することができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００６４】
１１０６では、第３ＲＦ信号が、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に対して同軸に配置された第３ＲＦコイル（例えば、第３ＲＦコイル１１３）を通して供給され、これによって第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つは、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの別の少なくとも１つに対して位相がずれて流れる、又は、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの少なくとも１つの、第１、第２、又は第３ＲＦ信号のうちの別の少なくとも１つに対する位相は、位相が揃っているか、又は位相がずれているかを選択的に制御することができる。第２ＲＦ信号は、特定の用途に所望の任意の適切な周波数で提供することができる。典型的な周波数としては、約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの間の周波数が挙げられるが、これらに限定されない。ＲＦ信号は、任意の適切な電力（例えば、最大約５０００ワット）で提供することができる。
【００６５】
上記の実施形態のいずれも、第１、第２、又は第３ＲＦコイル１１０、１１２、１１３を通って流れるＲＦ電流の位相を制御するために利用することができる。例えば、上述のように、任意の２つのＲＦコイル間で位相のずれた状態を作るために、ＲＦコイルは反対方向に巻くことができる。代替的に又はこれと組み合わせて、位相シフタ（例えば、位相シフタ１０６）を利用して、これによって１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流が別の１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流と位相がずれるように、１以上のＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流の位相をシフトさせることができる。いくつかの実施形態では、位相シフタ又は阻止コンデンサは、１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流が別の１つのＲＦコイルを通って流れるＲＦ電流と約１８０度位相がずれるように位相をシフトすることができる。しかしながら、ＲＦ電流は位相が約１８０度ずれている必要はなく、いくつかの実施形態では、位相は、約±１８０度までの位相ずれが可能である。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３ＲＦ信号の各々の周波数は、ほぼ同じであってもよい。
【００６６】
１１０８において、少なくとも１つのフェライトシールドは、第１、第２、又は第３ＲＦコイルのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆うように提供され、これによって第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通して処理チャンバへと向かうＲＦ電流の流れによって生じる磁界を局所的に閉じ込めることができる、及び／又は第１、第２、及び第３ＲＦコイルは、第１、第２、又は第３ＲＦコイルを通るＲＦ電流の流れによって生じる磁界の強度を制御するように移動することができる。少なくとも１つのフェライトシールドは、上述したフェライトシールドのいずれであってもよい。フェライトシールドは、固定した位置に設けてもよいし、フェライトシールドの少なくとも１つは、上述のようにＲＦコイルに対して移動してもよい。例えば、フェライトシールドのうちの少なくとも１つは水平方向に移動し、これによって移動するフェライトシールドに対応する隣接するＲＦコイルに提供される遮蔽量を制御することができる。代替的に又はこれと組み合わせて、少なくとも１つのフェライトシールドは横方向に移動し、軸上で傾斜し、及び／又は回転し、これによって移動するフェライトシールドに対応する隣接するＲＦコイルに提供される遮蔽量を更に制御することができる。遮蔽量のこのような制御は、有利には、処理チャンバ内の電磁場ライン分布のより大きな制御を促進し、これによって他の方法では不均一な処理結果を生じるであろう処理チャンバ内の不均一性の補償を可能にする。
【００６７】
このように、プラズマ処理のための方法及び装置が、本明細書に提供されている。本発明の方法及びプラズマ処理装置は、有利には、マルチコイルプラズマ装置内で隣接するプラズマコイル間の付加的な電界特性を低下させる。したがって、本発明のプラズマ装置を利用して形成されたプラズマは、改良された電界分布を有し、より滑らかなエッチング表面を生成するために利用することができる。
【００６８】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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