(57)【要約】  プラズマリアクタは、対称ＲＦフィードを有するオーバーヘッド多重コイルの誘導プラズマ源と、閉じ込められたワークピース支持体へのアクセスを提供する排気領域を通る複数の支柱を有する対称チャンバ排気を有する。グリッドは、処理領域からの支柱の空間的効果のマスキングのために含むことができる。
2015531163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理領域を画定する蓋アセンブリ、軸対称の側壁、及びワークピース支持体と、
前記側壁と同軸の少なくとも１つのコイルアンテナと、
排気領域及び中央空間を画定するチャンバ本体であって、中央空間は、前記処理領域から、及び前記排気領域から密閉され、前記中央領域は、前記ワークピース支持体の少なくとも一部を包囲するチャンバ本体と、
軸方向に延び、前記処理領域及び前記排気領域に結合された複数の排気通路と、
前記排気領域に結合され、前記側壁に対してセンタリングされた真空ポンプポートを含むプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記チャンバ本体を貫通して前記中央領域まで半径方向に延びる複数の中空アクセス支柱と、前記複数の中空アクセス支柱のそれぞれ１つを通って延びるそれぞれのユーティリティラインを含み、前記複数の排気通路は、前記対称軸に対して対称的に分布し、前記複数の中空アクセス支柱の隣接するものの間に位置する請求項１記載のプラズマリアクタ。
【請求項３】
前記チャンバ本体壁から前記閉じ込め壁まで半径方向に延び、前記処理領域と前記複数のアクセス支柱の間に配置されたガス流グリッドを含むチャンバ本体ライナを含む請求項２記載のプラズマリアクタ。
【請求項４】
軸対称の側壁、前記側壁の上にある天井、及びワークピース支持体であって、処理領域を画定する側壁、天井、及びワークピース支持体と、
前記天井の外側に配置され、前記処理領域の第１の半径方向のゾーンの上にある内側コイルアンテナと、
前記内側コイルアンテナを取り囲み、前記天井の前記外側に配置され、前記第１の半径方向のゾーンを取り囲む前記処理領域の第２の半径方向のゾーンの上にある中間コイルアンテナと、
前記天井の平面の下方にあり、前記側壁を取り囲む外側コイルアンテナを含むプラズマリアクタ。
【請求項５】
前記天井は、前記内側及び中間コイルアンテナに対向するディスク状誘電体窓を含み、
前記側壁は、前記外側コイルアンテナに対向する円筒誘電体窓を含む請求項４記載のプラズマリアクタ。
【請求項６】
前記内側及び中間コイルアンテナ間にあり、前記内側コイルアンテナを取り囲み、前記側壁と同軸の円筒部を含む接地された導電性シールドを含む請求項５記載のプラズマリアクタ。
【請求項７】
前記内側、中間、又は外側コイルアンテナの各々１つは、前記側壁の軸の周りに螺旋状に巻かれた複数の導体セグメントを含み、前記導体セグメントの各々は、完全な円よりも短い第１の円弧長さを有し、前記導体セグメントのうちの連続するものは、軸方向に沿って互いにオフセットされ、かつ前記第１の円弧長さを超えない第２の円弧長さだけ円周方向に沿って互いにオフセットされる請求項４記載のプラズマリアクタ。
【請求項８】
複数のＲＦ電源と、
前記内側、中間、及び外側コイルアンテナのうちのそれぞれ１つと、前記複数の電源のうちのそれぞれ１つの間に結合された複数の電流分配器を含み、前記電流分配器のうちの各々１つは、前記対称軸と同軸の導電性表面を含み、前記導電性表面は、（ａ）前記複数のＲＦ電源のうちのそれぞれ１つに結合された受け部と、（ｂ）前記複数のコイルアンテナのうちのそれぞれ１つに結合された第１円形端部を有する請求項７記載のプラズマリアクタ。
【請求項９】
前記コイルアンテナの各々１つは、前記対称軸の周りに螺旋状に巻かれた複数の導体を含み、前記複数の導体の各々は、供給端部と接地端部を有し、前記電流分配器の各々の前記第１円形端部は、前記第１円形端部に沿った離間した位置でそれぞれのコイルアンテナの供給端部に接続される請求項６記載のプラズマリアクタ。
【請求項１０】
エンクロージャ内に対称軸とワークピース支持体とを有するエンクロージャであって、前記ワークピース支持体及び前記エンクロージャは、処理領域を画定し、
前記エンクロージャは、金属部分と、前記金属部分上に支持された複数の誘電体窓を含む誘電体部分とを含み、前記誘電体窓の各々は、前記対称軸の周りに延び、前記エンクロージャは、前記誘電体窓のうちの少なくとも１つの直径よりも大きい直径を有し、
前記エンクロージャの外側に配置された複数の同心コイルアンテナであって、前記複数の同心コイルアンテナのうちのそれぞれ１つは、前記誘電体窓のそれぞれ１つと対向する複数の同心コイルアンテナとを含むプラズマリアクタ。
【請求項１１】
前記誘電体窓のうちの第１のものは、ディスク状誘電体窓を含み、前記誘電体窓の第２のものは、前記ディスク状誘電体窓の平面の下方に円筒誘電体窓を含む請求項１０記載のプラズマリアクタ。
【請求項１２】
前記金属部分は、
前記円筒誘電体窓を取り囲む円筒チャンバ本体壁と、
環状上部ガスプレートであって、前記チャンバ本体壁上に支持された周縁部と、前記環状上部ガスプレートを貫通する中央開口部とを含む環状上部ガスプレートとを含み、前記ディスク状誘電体窓は、前記中央開口部の端部上に支持された円形端部を含み、前記ディスク状誘電体窓は、前記上部ガスプレートの前記中央開口部の上方に懸架される請求項１１記載のプラズマリアクタ。
【請求項１３】
前記ディスク状誘電体窓の上に第１ヒータ層を含み、半径方向外側部分と、前記半径方向外側部分から半径方向内方へ延びる複数のフィンガーを含む請求項１２記載のプラズマリアクタ。
【請求項１４】
前記対称軸と同軸であり、前記コイルアンテナの隣接するペアの間に配置され、前記ディスク状誘電体窓の内側半径方向部分に対向する円筒シールドと、
前記円筒シールドの内部を通過し、前記ディスク状誘電体窓の表面全域にわたって延びる中央空気流通路内の上部ファンプレナムと、前記上部ファンプレナムに結合された複数の吸気ファンとを含む請求項１０記載のプラズマリアクタ。
【請求項１５】
前記複数の同心コイルアンテナに結合され、複数の導電性脚部を含むＲＦ給電アセンブリと、
半径方向に延び、前記脚部のうちのそれぞれ１つが貫通して延びる開口部を有する接地プレートであって、前記複数の導電性脚部の少なくともいくつかが内部で非対称的に分布する上部領域と、前記脚部の前記それぞれ１つが内部で前記対称軸に対して対称的に分布する下部領域との間の境界を提供する接地プレートとを含む請求項１０記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、アンドリュー  グエン（Ａｎｄｒｅｗ  Ｎｇｕｙｅｎ）らによって２０１２年１１月１日に出願された「ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬ  ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ  ＷＩＴＨ  ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬ  ＦＬＯＷ  ＣＨＡＭＢＥＲ（対称フローチャンバを有する対称誘導結合プラズマ源）」と題された米国特許出願第１３／６６６，２２４号、アンドリュー  グエンらによって２０１２年１１月１日に出願された「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ  ＷＩＴＨ  ＰＬＵＲＡＬ  ＴＯＰ  ＣＯＩＬＳ  ＯＶＥＲ  Ａ  ＣＥＩＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＡＮ  ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ  ＳＩＤＥ  ＣＯＩＬ（天板の上方の複数の上部コイルと独立した側部コイルを有する誘導結合プラズマ源）」と題された米国特許出願第１３／６６６，２４５号、及びアンドリュー  グエンらによって２０１２年１１月１日に出願された「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥＬＹ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ  ＷＩＴＨ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＷＩＮＤＯＷＳ  ＡＮＤ  ＷＩＮＤＯＷ−ＳＵＰＰＯＲＴＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ（多重誘電体窓及び窓支持構造を有する誘導結合プラズマ源）」と題された米国特許出願第１３／６６６，２８０号の優先権を主張し、これらの出願のすべては、アンドリュー  グエンらによって２０１２年７月２０日に出願された「ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＣＯＡＸＩＡＬ  ＩＣＰ  ＳＯＵＲＣＥ  ＡＮＤ  ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬ  ＦＬＯＷ  ＣＨＡＭＢＥＲ（対称多重同軸ＩＣＰ源及び対称フローチャンバ）」と題された米国特許出願第６１／６７３，９３７号の利益を主張する。
【背景】
【０００２】
分野
本発明の実施形態は、概して、チャンバ内部でＲＦ電力を処理ガスに誘導結合することによってプラズマが生成される、ワークピースを処理するためのプラズマ処理リアクタチャンバに関する。
【０００３】
関連技術の説明
電子デバイス（例えば、集積回路、フラットパネルディスプレイ等）は、薄膜層が基板上に堆積され、所望のパターンにエッチングされる一連のプロセスによって製造される。処理工程は、プラズマ強化反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマ強化化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ物理蒸着（ＰＶＤ）を含むことができる。
【０００４】
基板の全表面にわたるエッチング速度又は堆積速度の均一分布が、成功した製造には不可欠である。基板のサイズが増加し、デバイスの形状が縮小するにつれて、このような均一性は、達成するのがより困難になってきている。特に、誘導結合プラズマ源は、チャンバ天井の上方に２つの同心円状に配置されたコイルアンテナを有することができ、これによってエッチング速度分布の均一性は、異なるコイルアンテナに送出される異なるＲＦ電力レベルを調整することによって最適化することができる。ワークピースの直径及びチャンバの直径が増加するにつれて、より大きなサイズは必要なプロセスの均一性を達成するのに困難を増加させるので、我々は、このアプローチは適切ではないことを見出した。プロセス不均一性の様々な源（例えば、チャンバ設計の非対称性、温度分布の不均一性とガス分配制御）は、より重要になる。
【概要】
【０００５】
プラズマリアクタは、処理領域を画定する蓋アセンブリ、側壁、及びワークピース支持体を含む。側壁と同軸の複数のコイルアンテナが、側壁の外側及び／又は蓋アセンブリの上に配置され、それぞれの電流分配器を介してそれぞれのＲＦ電源によって給電される。プラズマリアクタのチャンバ本体は、排気領域を画定するチャンバ本体壁部及びチャンバ本体床部と、処理領域から及び排気領域から密閉された中央空間内にワークピース支持体の柱を閉じ込める閉じ込め壁部と、チャンバ本体床部内にあり、側壁に対してセンタリングされた真空ポンプポートを含む。複数の排気通路は、処理領域と排気領域の間で軸方向に延びる。複数の中空のアクセス支柱（ストラット）は、チャンバ本体を通って中央領域まで半径方向に延びる。
【０００６】
実施形態は、チャンバ本体に対して固定され、軸方向に移動可能なワークピース支持体に結合されたリフト機構を更に含むことができる。実施形態はまた、複数の中空のアクセス支柱のそれぞれ１つを通って延びるそれぞれのユーティリティラインを含むことができる。実施形態では、複数の排気通路が対称軸に対して対称に分布しており、複数の中空のアクセス支柱の間に配置される。
【０００７】
実施形態は、チャンバ本体壁部から閉じ込め壁部まで半径方向に延びるチャンバ本体ライナを更に含み、チャンバ本体ライナの部分は、処理領域と複数のアクセス支柱の間に配置されたガス流グリッドを含むことができる。ガス流グリッドは、各々が半径方向に延びる細長い開口部の環状アレイであることができる。チャンバ本体ライナは、一実施形態では、導電性がある。
【０００８】
いくつかの実施形態では、電流分配器のうちの各々１つは、側壁と同軸であり、（ａ）複数のＲＦ電源のうちのそれぞれ１つに結合された受け部と、（ｂ）複数のコイルアンテナのうちのそれぞれ１つに結合された第１円形端部とを有する導電性表面を含む。更に、同心コイルアンテナの各々１つは、対称軸の周りに螺旋状に巻かれた複数の導体を含み、複数の導体の各々は、供給端部と接地端部を有し、電流分配器の第１円形端部は、第１円形端部に沿った離間した位置でそれぞれのコイルアンテナの供給端部に接続される。離間した位置は、均一に分布することができる。
【０００９】
プラズマリアクタは、ＲＦ電源のうちのそれぞれ１つに結合され、側壁の対称軸に対して均一に配置され、それぞれの電流分配器の受け部に接続されたＲＦ給電棒アセンブリを更に含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の例示的な実施形態が達成される方法を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、その実施形態を参照して行う。実施形態は添付図面に示されている。特定の周知のプロセスは、本発明を不明瞭にしないために、本明細書で説明されないことを理解すべきである。
【図１】本発明の一実施形態のプラズマリアクタの切り欠き図である。
【図１Ａ】図１のリアクタの上部の拡大図である。
【図１Ｂ】図１のリアクタの下部の拡大図である。
【図２】図１のリアクタの内側ゾーンの誘導ＲＦ電力アプリケータを示す。
【図３】図１のリアクタの中間又は中央ゾーンの誘導ＲＦ電力アプリケータを示す。
【図４】図１のリアクタの外側ゾーンの誘導ＲＦ電力アプリケータを示す。
【図５】図３のＲＦ電力アプリケータ用の導電性ＲＦ給電装置を示す。
【図６】図４のＲＦ電力アプリケータ用の導電性ＲＦ給電装置を示す。
【図７】図１のリアクタの蓋アセンブリの一部の切り欠き断面図である。
【図８】図７の蓋アセンブリのディスク状誘電体窓を覆うヒータ層の平面図である。
【図９】図７の蓋アセンブリと共に示される円筒形誘電体窓を覆うヒータ層の正投影である。
【図１０】図７の蓋アセンブリの平面図である。
【図１１Ａ】蓋アセンブリのガス流プレート内のガス流路を示す図１０に対応する平面図である。
【図１１Ｂ】図７及び図１１Ａのガス流プレートの反対側の図である。
【図１２】図１０に対応し、中央ハブへのガス流路を示す平面図である。
【図１２Ａ】図８のヒータ層の一部にガス流コンジットの収納体を示す図１２の一部に対応する正投影である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに対応する切り欠き立面図である。
【図１３】図１のリアクタの中央ガス分散器の拡大切り欠き図である。
【図１４】図１３の中央ガス分散器の平面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿った断面図である。
【図１６】図１４の線１６−１６に沿った断面図である。
【図１７】図１Ｂの線１７−１７に沿った断面図である。
【図１８】図１Ｂの線１８−１８に沿った断面図である。
【図１９】図１Ａに対応し、冷却空気流路を示す図である。
【図２０Ａ】〜
【図２０Ｂ】図１ＡのＲＦ電力アプリケータ用のＲＦ電源の代替実施形態のブロック図である。
【図２１】図１のリアクタを制御する制御システムのブロック図である。
【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。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。しかしながら、添付図面は本発明の例示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され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。
【詳細な説明】
【００１２】
図１に示されるプラズマリアクタ１０は、図１Ａの拡大図に示される上部２０と、図１Ｂの拡大図に示される下部３０を含む。図１、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、プラズマリアクタ１０は、側壁１０５及び蓋アセンブリ１１０を有するプラズマ処理チャンバ１００を含む。側壁１０５は、軸方向に対称な形状（例えば、円筒形）を有する。側壁１０５は、軸対称（例えば、円筒形）誘電体側部窓１０６と、金属で形成することができるチャンバライナ１０７を含む。チャンバ１００内部のワークピース支持体１１５は、ワークピース１２２を保持するための蓋アセンブリ１１０に対向するワークピース支持面１２１を有する台座１２０と、台座１２０を支持する柱１２５を含む。チャンバ１００の処理領域１０１は、蓋アセンブリ１１０、台座１２０及び側壁１０５によって閉じ込められる。台座１２０は、絶縁された内部電極１３０を含むことができる。オプションで、柱１２５を貫通して延びるケーブル１３２を介して、静電チャック（ＥＳＣ）電圧及び／又はＲＦプラズマバイアス電力を、内部電極１３０まで供給することができる。ケーブル１３２は、電極１３０へのＲＦバイアスフィードとして、ＲＦバイアス電源（例えば、ＲＦインピーダンスマッチング（整合）ネットワーク及び／又はＲＦ電力発生器）に結合することができる。ケーブル１３２は、剛性（又は可撓性）を有することが可能な同軸伝送ラインとして、又は可撓性のある同軸ケーブルとして提供することができる。
【００１３】
内側コイルアンテナ１４０と、中間コイルアンテナ１５０と、外側又は側部コイルアンテナ１６０とを含み、これらの全てが互いに対して同心状に配置され、側壁１０５の対称軸と同軸であるコイルアンテナの組によって、プラズマソース電力は、処理領域１０１内に誘導結合される。蓋アセンブリ１１０は、ディスク状誘電体窓１２２を含み、これを通して内側及び中間コイルアンテナ１４０及び１５０は、ＲＦプラズマソース電力を処理領域１０１内へ誘導結合する。ディスク状誘電体窓１１２は、側壁１０５と同軸であり、ワークピース支持面１２１の平面と平行なディスク面を有する。側部コイルアンテナ１６０は、円筒誘電体側部窓１０６を通して、ＲＦプラズマソース電力を処理領域１０１内へ誘導結合する。
【００１４】
図１Ａ及び図２を参照すると、一実施形態では、内側コイルアンテナ１４０は、４つのワイヤ導体１４０−１〜１４０−４を含み、各々の１つは、１８０度の弧の長さに沿って一定の半径の周りに螺旋状に巻かれ、図２に示されるように、均一に９０度の間隔を空けて、それらの端部は互い違いに（すなわち、円周方向に沿ってオフセット）される。ワイヤ導体１４０−１〜１４０−４へのＲＦ電力の均一かつ対称的な分配は、ワイヤ導体１４０−１〜１４０−４の各々の上端部に接触する円形の底端部１４４と、内側ＲＦ給電棒１４８に接続された蓋１４６とを有する逆さにした金属ボウル１４２の形状のＲＦ電流分配器によって提供される。４つのワイヤ導体１４０−１〜１４０−４の底端部は、コイルアンテナ１４０と同軸で、内側及び中間コイルアンテナ１４０及び１５０の間にある円筒金属スリーブの形状の内側接地シールド１４９（図１Ａ）への接続によって接地される。内側接地シールド１４９は、４つのワイヤ導体１４０−１〜１４０−４からの接地電流の均一的かつ対称的な分配を提供し、それらの間の相互インダクタンスを抑制することによって、内側及び中間コイルアンテナ１４０及び１５０の間にＲＦシールド又は絶縁を更に提供する。これは、内側及び中間コイルアンテナ１４０、１５０の独立制御を高める。
【００１５】
図１Ａ及び図３を参照すると、一実施形態では、中間コイルアンテナ１５０は、４つのワイヤ導体１５０−１〜１５０−４を含み、各々の１つは、１８０度の弧の長さに沿って一定の半径の周りに螺旋状に巻かれ、図３に示されるように、均一に９０度の間隔を空けて、それらの端部は互い違いにされる。ワイヤ導体１５０−１〜１５０−４へのＲＦ電力の均一かつ対称的な分配は、ワイヤ導体１５０−１〜１５０−４の各々の上端部に接触する円形の底端部１５４と、４つの軸方向ＲＦ給電棒１５８の円形アレイに接続された円形の上端部１５６とを有する円筒金属スリーブ１５２の形状のＲＦ電流分配器によって提供される。ＲＦ電力は、図５に示された導体構造によってＲＦ給電棒１５８に供給され、これは本明細書において後述する。
【００１６】
図１Ａを再び参照すると、４つのワイヤ導体１５０−１〜１５０−４の底端部は、中間接地シールド１５９への接続によって接地される。中間接地シールド１５９は、円筒形状であることができる。しかしながら、図１Ａ内において破線で示される一実施形態では、中間接地シールド１５９の上部は、コイルアンテナ１５０と同軸の金属リング１５９−１である。４つの導電性脚部１５９ａ〜１５９ｄ（図１Ａの図中では脚部１５９ａ及び１５９ｃのみを見ることができる）は、リング１５９−１から軸方向下方へ延び、４つの導体１５０−１〜１５０−４の底端部に接触する底端部を有する。中間接地シールド１５９は、４つのワイヤ導体１５０−１〜１５０−４からの接地電流の均一的かつ対称的な分配を提供する。
【００１７】
図１Ａ及び図４を参照すると、側部コイルアンテナ１６０は、ディスク状誘電体窓１１２の平面の下方に配置され、円筒誘電体側部窓１０６を囲む。一実施形態では、側部コイルアンテナ１６０は、８つのワイヤ導体１６０−１〜１６０−８を含み、各々の１つは、９０度の弧の長さに沿って一定の半径の周りに螺旋状に巻かれ、図４に示されるように、均一に４５度の間隔を空けて、それらの端部は互い違いにされる。ワイヤ導体１６０−１〜１６０−８へのＲＦ電力の均一かつ対称的な分配は、ワイヤ導体１６０−１〜１６０−８の上端部にそれぞれ接触する軸方向導体１６１−１〜１６１−８（図１Ａの図中では軸方向導体１６１−１及び１６１−５のみを見ることができる）のそれぞれに取り付けられた円形の底端部１６４を有する逆さにした金属ボウル１６２（図１Ａ）の形状のＲＦ電流分配器によって提供される。逆さにした金属ボウル１６２は、８つの均等に離間した軸方向ＲＦ給電棒１６８の円形アレイに接続された円形の上端部１６６を更に有する。円筒外側チャンバ壁１７０は、側部コイルアンテナ１６０を取り囲み、接地される。８つのワイヤ導体１６０−１〜１６０−８の底端部は、外側チャンバ壁１７０への接続によって接地される。説明される実施形態は、接地シールド１４９及び１５９と外側チャンバ壁１７０による、コイルアンテナ１４０、１５０、及び１６０のグランドへの直接接続をそれぞれ含むが、グランドへの接続は、直接接続である必要はない場合もあり、代わりに、グランドへの接続は、例えば、コンデンサなどの素子を介してもよい。
【００１８】
図５を参照すると、中間コイルアンテナ１５０に関連する４つの軸方向のＲＦ給電棒１５８は、共通の軸方向給電棒１７４に接続された４つの半径方向のＲＦ給電棒１７２まで延びる。図６を参照すると、側部コイルアンテナ１６０に関連する８つの軸方向のＲＦ給電棒１６８は、共通の軸方向給電棒１７８に接続された８つの半径方向のＲＦ給電棒１７６まで延びる。軸方向のＲＦ給電棒１４８、共通の軸方向の給電棒１７４、及び共通の軸方向の給電棒１７８は、ＲＦ電力をそれぞれのコイルアンテナ１４０、１５０、及び１６０に結合する。電力は、共通のＲＦ源から、又は異なるＲＦ源（例えば、ＲＦ整合器（ＲＦインピーダンスマッチングネットワーク）１８０及び１８２）から供給することができる。図２０Ｂを参照して以下で説明されるように、第１のＲＦ発生器でコイルアンテナのうちの２つを駆動させるために、デュアル出力を有するＲＦインピーダンスマッチングネットワークを用いてもよく、一方、第２のＲＦ発生器と第２のＲＦインピーダンスマッチングネットワークが第３のコイルアンテナを駆動する。あるいはまた、図２０Ａを参照して以下に説明されるように、３つのＲＦ発生器は、３つのそれぞれのＲＦインピーダンスマッチングネットワークを介して３つのコイルアンテナを別々に駆動することができる。更に別の一実施形態では、単一のＲＦ電力発生器が、３つの出力を有するＲＦインピーダンスマッチングネットワークを介して３つのコイルアンテナ全てを駆動することができる。前述の実施形態のいくつかの実施において、別のコイルアンテナに印加されるＲＦ電力レベルは、プラズマイオン密度の半径方向分布を制御するために、別々に調整されてもよい。説明された実施形態は、３つのコイルアンテナ１４０、１５０、及び１６０を含むが、他の実施形態は、３つの記載されたコイルアンテナ１４０、１５０及び１６０のうちの１つ又は２つのみを含んでもよい。
【００１９】
図１Ａ、図５、及び図６に示されるように、軸方向のＲＦ給電棒１４８のみが、側壁１０５の対称軸に対称的に配置され、一方、軸方向の給電棒１７４及び１７８は、中心から外れて配置される。この構成は、非対称である。軸方向のＲＦ給電棒１４８、１５８、及び１６８は、側壁１０５の対称軸に対して対称的に配列される。ワークピース支持面１２１と略平行な略ディスク状の導電性接地プレート１８４は、軸方向のＲＦ給電棒１４８、１５８、及び１６８が貫通して延びる開口部を含む。接地プレート１８４は、非対称的に配列された軸方向の給電棒１７４及び１７８（及び対称的に配置されたＲＦ給電棒１４８の上部）を含む上部領域と、対称的な構成（例えば、軸方向のＲＦ給電棒１４８、１５８、及び１６８）のみを含む下部領域との間に分離を提供する。ＲＦ給電棒１４８、１５８、及び１６８は、接地プレート１８４から電気的に絶縁される。接地プレート１８４は、接地プレート１８４の上方の非対称な構成の効果から処理領域１０１を電磁的に遮蔽し、ワークピース１２２のプラズマ処理におけるスキュー効果もまた防止する。
【００２０】
図１及び図７を参照すると、ディスク状誘電体窓１１２は、外側チャンバ壁１７０の直径よりも小さい直径を有する。窓１１２は、外側チャンバ壁１７０と窓１１２の間のギャップに及ぶ（本明細書内で後述される）環状上部ガスプレート２００によってその周囲で支持され、一方、窓１１２の下方の空間を構造無しに維持し、さもなければその構造はＲＦ電力を処理領域１０１内に誘導結合するのを妨げるだろう。したがって、チャンバの直径は、ディスク状誘電体窓１１２の直径によって制限されない。（ディスク状誘電体窓１１２と同一の広がりをもつ）内側及び中間コイルアンテナ１４０及び１５０は、プラズマイオン密度分布をワークピース又はウェハ１２２の直径よりも小さな直径の中間ゾーン内に制御することができる。外側ゾーン内のプラズマ密度は、円筒誘電体窓１０６を介して側部コイルアンテナ１６０によって支配される。これは、ディスク状誘電体窓１１２の直径の同時増加を必要とせずに、ウェハ全域にわたるプラズマイオン密度分布の制御をすることができる。
【００２１】
上記で言及したように、環状の上部ガスプレート２００は、ディスク状の誘電体窓１１２を支持し、外側チャンバ壁１７０とディスク状の誘電体窓１１２の周縁部との間のギャップ又は距離に及ぶ。上部ガスプレート２００は、開口部２０４を取り囲む環状部２０２を含む。環状部２０２の上部内端部２０２ａは、誘電体窓１１２の外端部１１２ａの下にあり、外端部１１２ａを支持し、開口部２０４を取り囲む。環状部２０２の底部外端部２０２ｂは、外側チャンバ壁１７０の上にある。開口部２０４は、ディスク状誘電体窓１１２に対向する。（外側コイルアンテナ１６０の）軸方向導体１６１−１〜１６１−８は、上部ガスプレート２００内でそれぞれの絶縁体１７１を貫通して延びる。
【００２２】
ディスク状誘電体窓１１２と円筒誘電体側部窓１０６は加熱され、互いに独立して制御されたそれらのそれぞれの温度を有する。それらは、本明細書で後述するファンシステムからの冷却及びここで説明する独立加熱要素によって、独立して加熱及び冷却される。図１Ａ、図７及び図８に示される平坦なヒータ層２２０は、ディスク状誘電体窓１１２の上にある。ヒータ層２２０は、外側環状部２２２と、外側環状部２２２から半径方向内方へ延びる複数の半径方向のフィンガー２２４とを有するディスク状のファラデーシールドの形態であり、半径方向のフィンガー２２４は、等間隔の開口部２２６によって互いに分離している。（開口部２２６の幅を画定する）半径方向のフィンガー２２４の間隔は、ヒータ層２２０を通してＲＦ電力の誘導結合を可能にするのに十分である。ヒータ層２２０は、側壁１０５の軸に対して対称的である。図示の例では、２４個の半径方向のフィンガー２２４があるが、任意の好適な数のフィンガーを使用してもよい。ヒータ層２２０は、ヒータ層２２０内の内部電気抵抗素子２２９（図７）によって電気的に加熱される。
【００２３】
図１Ａ及び図９に示される円筒状のファラデーシールド層２３０は、円筒誘電体窓１０６と外側コイルアンテナ１６０との間に配置され、円筒誘電体側部窓１０６を取り囲む。円筒状のファラデーシールド層２３０は、上下の円筒リング２３２、２３４と、上下のリング２３２、２３４間で軸方向に延び、等間隔のギャップ２３８によって分離された複数の軸方向の脚部２３６を有する。円筒状のファラデーシールド層２３０は、ファラデーシールド層２３０内の、又はファラデーシールド層２３０と接触する内部素子（例えば、図１Ａ及び図７に示されるヒータ層２３１）によって電気的に加熱することができる。
【００２４】
処理ガスは、中央のデュアルゾーン天井ガスインジェクタ３００（図１Ａ）及び周縁部（側部）ガスインジェクタ３１０（図７）の円形アレイによって処理領域１０１内に注入される。天井ガスインジェクタ３００は、ディスク状誘電体窓１１２の中央に位置する。周縁部ガスインジェクタ３１０は、側壁１０６の近くで上部ガスプレート２００上に支持される。
【００２５】
図７、図１０及び図１１Ａを参照すると、蓋アセンブリ１１０は、環状ガス流プレート３２０を含む。ヒータ層又はファラデーシールド２２０は、図７に示されるように板ばね３２２によって、ガス流プレート３２０上に保持される。ガス流プレート３２０は、３つのガス入力ポート３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃを有する（図１０）。ガス流プレート３２０は、入力ポート３２１ａからデュアルゾーン天井ガスインジェクタ３００の第１ゾーンまでの再帰的なガス流路と、入力ポート３２１ｂからデュアルゾーンガスインジェクタ３００の他のゾーンまでの再帰的なガス流路と、入力ポート３２１ｃから側部ガスインジェクタ３１０までの再帰的なガス流路を提供する。側部ガスインジェクタ３１０は、図１１Ｂの底面図で見ることができるガス流プレート３２０の底面内のそれぞれのガスポート３１２を通して供給される。再帰的なガス流路は、均一に分布したガス流路長を、異なるガス注入ゾーンに提供する。ガス分布の均一性の制御はまた、再帰的なガス流路によって増強することができる。
【００２６】
図１１Ａを参照すると、ガス流プレート３２０内の再帰的なガス流路３３０の第１セット又は階層は、ガスポート３１２を通してガスを側部ガスインジェクタ３１０に供給する。再帰的なガス流路３３０の第１セットは、半円形のガス流路又はチャネル３３１を含む。ガス注入ポート３２１ｃは、半円形のガス流チャネル３３１の中点に結合される。ガス流路３３１は、半円の周りに延び、その端部で、各々が４分の１円に延びる弧状のガス流路３３２のペアの中点を供給し、その後それらのそれぞれの端部で、各々が８分の１円の周囲に延びる４つの弧状のガス流路３３４の中点を供給する。４つの弧状のガス流路３３４は、それらの端部で、各々が１６分の１円の周囲に延びる８つの弧状のガス流路３３６の中点を供給する。ガス流路３３６の端部は、側部ガスインジェクタ３１０へのガス流のためのガスポート３１２を供給する。
【００２７】
図１２を参照すると、デュアルゾーンガスインジェクタ３００の１つのゾーンへのガス流は、ディスク状誘電体窓１１２の上にある対向する半径方向のガス流ライン３４０、３４２のペア内に運ばれる。デュアルゾーンガスインジェクタ３００の他のゾーンへのガス流は、ディスク状誘電体窓１１２の上にあり、半径方向のガス流ライン３４０、３４２の第１ペアと直角に配置された対向する半径方向のガス流ライン３４４、３４６の第２ペア内に運ばれる。４つの半径方向のガス流ライン３４０、３４２、３４４、３４６からデュアルゾーンガスインジェクタ３００までの接続は、デュアルゾーンガスインジェクタ３００に軸方向に結合されたガス流ハブ３５０によって提供される。
【００２８】
再び図１１Ａを参照すると、半円形のガス流チャネル３５３は、ガス入力ポート３２１ｂから半径方向のガス流ライン３４０、３４２の第１ペアの外端部までのガス流の均一な分配を提供する。４分の１円のガス流チャネル３５７は、入力ポート３２１ｂから半円形のガス流チャネル３５３の中点までのガス流を提供する。半円形のガス流チャネル３５５は、ガス入力ポート３２１ａから半径方向のガス流ライン３４４、３４６の第２ペアの外端部までの均一なガス流を提供する。
【００２９】
図１２、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、ディスク状誘電体窓１１２の上にある４つの半径方向のガス流ライン３４０、３４２、３４４、３４６の各々は、ヒータ層２２０の半径方向のフィンガー２２４のそれぞれ１つの中に封入することができる。
【００３０】
先に図１及び図１２を参照して説明したように、ガス流ハブ３５０は、４つの半径方向のガス流ライン３４０、３４２、３４４、３４６と、デュアルゾーンガスインジェクタ３００との間の結合を提供する。デュアルゾーンガスインジェクタ３００の一例が、図１３に示される。図１３のデュアルゾーンガスインジェクタ３００は、軸方向に延びる軸方向内側環状チャネル３０２−１を有し、ガスを半径方向内側のゾーンＡに分散させる中央ガス分散器３０２と、ガスを半径方向外側のゾーンＢに分散させる傾斜した中間環状チャネル３０４−１を有する中間ガス分散器３０４とを含む。ここで、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５及び図１６を参照して、ガス流ハブ３５０を説明する。ハブ３５０は、破線で図示されるように、互いに直角に配向し、４つの半径方向のガス流ライン３４０、３４２、３４４、３４６に接続可能な、４つのガス入口ポート３５２、３５４、３５６及び３５８を有する。ガス入口ポート３５２及び３５４はそれぞれ、デュアルゾーンガスインジェクタ３００の軸方向の内側環状チャネル３０２−１と位置合わせされた円形内側分配チャネル３６６に沿って４つの等間隔に離間した点で終端を迎える分割されたガス分配ライン３６０、３６２のそれぞれのペアを供給する。ガス入口ポート３５６及び３５８はそれぞれ、デュアルゾーンガスインジェクタ３００の軸方向の中間環状チャネル３０４−１と位置合わせされた円形中間分配チャネル３７４に沿って４つの等間隔に離間した点で終端を迎える分割されたガス分配ライン３７０、３７２のそれぞれのペアを供給する。
【００３１】
図１１Ｂの底面図を再び参照すると、一実施形態では、オプションの冷却通路３９０が、ガス流プレート３２０内に、連続通路を形成する円形の供給通路３９０ａ及び円形の回収通路３９０ｂの形態で提供されることができる。外部クーラントポート３９２ａ及び３９２ｂが、供給及び回収通路３９０ａ、３９０ｂの外部クーラント源への接続のために提供される（図１１Ｂには図示せず）。オプションで、内部クーラント通路が、外側チャンバ本体壁１７０内に提供され、クーラント入力ポートを通して供給されてもよい。
【００３２】
図１及び図１Ｂを参照すると、チャンバライナ１０７は、円筒下部チャンバ本体側壁４０５及び下部チャンバ本体床部４１０を含む下部チャンバ本体４００内に含まれる。下部チャンバ本体側壁４０５及び下部チャンバ本体床部４１０は、排気領域４１１を囲む。チャンバライナ１０７は、上部円筒領域１０７−１及び逆円錐台の形状の下部環状グリッド１０７−２を含む。真空ポンプ４４０は、床部４１０内の真空ポンプ開口部４１０ａ内に配置され、側壁１０５の対称軸に対してセンタリングされる。ワークピース支持体１１５と同軸の閉じ込め壁４１５と、台座１２０と閉じ込め壁４１５の間に延びる可撓性ベローズ４１７は、内部中央空間４１９内にワークピース支持体１１５を包囲する。中央空間４１９は、排気領域４１１及び処理領域１０１を含む真空ポンプ４４０によって排気される容積から分離される。図１Ｂ、図１７及び図１８を参照すると、チャンバ本体側壁４０５を貫通して延び、中央空間４１９へのアクセスを提供する１２０度の間隔で離間された半径方向のアクセス通路４２１を画定する３つの中空の半径方向の支柱４２０がある。３つの軸方向の排気通路４３０は、３つの半径方向の支柱４２０間に画定される。例えば、電極１３０へ接続されたＲＦ電力ケーブル１３２、ワークピース支持体１１５内の加熱要素に接続されたヒータ電圧供給ライン、電極１３０に接続された静電チャック電圧供給ライン、クーラント供給ライン、及びワークピース支持面１２１内の裏面ヘリウムガスチャネル用ヘリウム供給ラインを含む異なるユーティリティが、半径方向のアクセス通路４２１の異なるものを通して提供されてもよい。ワークピース支持体リフトアクチュエータ４５０は、チャンバ本体に対して固定され、ワークピース支持体１１５を軸方向に移動させる。ワークピース支持体リフトアクチュエータ４５０は、ワークピース１２２と蓋アセンブリ１１０の間の距離を変えるために使用することができる。この距離を変えることは、プラズマイオン密度の分布を変える。リフトアクチュエータの移動は、ワークピース１２２の表面全域にわたるプロセス（例えば、エッチング）速度の分布の均一性を改善するのに使用することができる。リフトアクチュエータ４５０は、例えば、プログラマブルコントローラを介してユーザによって制御することができる。
【００３３】
真空ポンプ開口部４１０ａ及び軸方向の排気通路４３０を含む軸方向にセンタリングされた排気アセンブリは、ワークピース１２２全域にわたる処理分布における非対称性又はスキューを回避する。環状グリッド１０７−２は、半径方向の支柱４２０の不連続性又は効果から処理領域１０１をマスクする。軸方向にセンタリングされた排気アセンブリの、接地プレート１８４の下方でのＲＦ電流の流れの対称分配との組み合わせは、処理領域１０１全域におけるスキュー効果を最小化し、処理領域１０１内での処理の均一性を高める。
【００３４】
図１９は、図１Ａの上部２０を通る冷却空気流を示す。図１Ａ及び図１９を参照すると、チャンバ本体側壁４０６は、蓋アセンブリ１１０を取り囲む。円錐台の形状の下部プレナム壁５００は、例えば、チャンバ本体側壁４０６の上端部と接地プレート１８４の周縁部との間に取り付けられ、これによって下部プレナム５０２を囲む。排気ファン５０４の円形配列は、下部プレナム壁５００内のそれぞれの開口部５０６内に取り付けられる。
【００３５】
接地プレート１８４は、内側接地シールド１４９と同一の広がりである中央開口部６００を有する。円筒プレナム中央壁６０６は、中央開口部６００と同一の広がりである。プレナムプレート６１０は、プレナム中央壁６０６の上にある。リターンチャンバ６１２は、リターンチャンバ側壁６０８、プレナムプレート６１０、接地プレート１８４、及び中央壁６０６の間に封入される。リターンチャンバ側壁６０８は、エアフロースクリーンセクション６０９を含む。接地プレート１８４を貫通する開口部６１４は、下部プレナム５０２とリターンチャンバ６１２の間に空気の流れを可能にする。
【００３６】
上部プレナム６５０は、円錐台の形状の上部プレナム側壁６６０によって、上部プレート６５５とプレナムプレート６１０の間に封入される。複数の吸気ファン６６５は、上部プレナム側壁６６０内のそれぞれの開口部６６７に取り付けられる。
【００３７】
吸気ファン６６５は、中央壁６０６、接地プレート開口部６００、及び中間接地シールド１４９によって形成された中央開口部を通って流下する空気を上部プレナム６５０内に引く。ディスク状誘電体窓１１２の上にある環状空気流プレート６７０は、プレート６７０と窓１１２の間に空気流を閉じ込める。この空気は、例えば、図８のファラデーシールド２２０の開口部２２６を通って流れることができる。代替（又は追加）して、空気は、空気流プレート６７０と窓１１２の間のギャップ内に閉じ込めることができる。円筒シールド１４９を通る下方への空気流は、プレート６７０の中央開口部を通って開口部２２６内の空間に入り、ディスク状誘電体窓１１２の上方で半径方向外方へ流れ、下部プレナム５０２に入る。下部プレナム５０２から、空気はリターンチャンバ６１２内へ逃げ、そこからそれはリターンチャンバ側壁６０８のスクリーンセクション６０９を通って出ることができる。こうして、吸気ファン６６５は、ディスク状誘電体窓１１２のための冷却を提供する。
【００３８】
排気ファン５０４は、円筒誘電体窓１０６のための冷却を提供する。排気ファン５０４は、下部チャンバ側壁１７０内の吸気ポート６８０を通して空気を引き、円筒誘電体窓１０６を過ぎる。吸気ファン６６５を排気ファン５０４から独立して操作することによって、異なる誘電体窓１０６及び１１２への異なる熱負荷は、各々の窓の正確な温度制御に対して独立して補償されることができる。
【００３９】
図２０Ａは、３つのコイルアンテナ１４０、１５０、１６０用のＲＦ源であって、ＲＦ源は独立したＲＦ発生器７４０−１、７４０−２、７４０−３と、それぞれのコイルアンテナ１４０、１５０、１６０用のＲＦインピーダンスマッチングネットワーク７４２−１、７４２−２、７４２−３を有するＲＦ源の一実施形態を示す。図２０Ｂは、内側及び中間コイルアンテナ１４０、１５０が、デュアル出力を有するＲＦインピーダンスマッチングネットワーク１８０を介して単一のＲＦ発生器７５０−１から駆動される一実施形態を示す。デュアル出力ＲＦインピーダンスマッチングネットワーク１８０は、内側及び中間コイルアンテナ１４０、１５０に印加される電力レベルの差動制御を促進することができる。外側コイルアンテナ１６０は、ＲＦインピーダンスマッチングネットワーク１８２を介してＲＦ発生器７５０−２によって駆動される。デュアル出力ＲＦインピーダンスマッチングネットワーク１８０は、システム内に全部で３つのＲＦ電源があるように、２つの別々のＲＦ電源として機能する。上記実施形態の各々において、ＲＦインピーダンスマッチングネットワークは、図１Ａに示されるように、上部プレート６５５上に配置することができる。
【００４０】
図２１は、図１のプラズマリアクタを制御するための制御システムを示す。制御システムは、プラズマリアクタ内の異なる位置における温度センサ（例えば、円筒誘電体窓１０６における、又は円筒誘電体窓１０６内の温度センサ１０６’、及びディスク状誘電体窓１１２における、又はディスク状誘電体窓１１２内の温度センサ１１２’）に応答する。制御システムは、例えば、マイクロプロセッサとして実装可能なプログラマブルコントローラ８００を含む。コントローラ８００は、温度センサ１０６’の出力を受け取るための入力８０２と、温度センサ１１２’の出力を受け取るための入力８０４を有する。コントローラ８００は、吸気ファン６６５の速度を調整する出力８０６、排気ファン５０４の速度を調整する出力８０８、ガス流プレート３２０内のクーラントポート３９２ａへのクーラントの流量を調整する出力８１０、誘電体窓１１２の近くの電気ヒータ２２９への電力レベルを調整する出力８１２、及び円筒誘電体窓１０６における電気ヒータ２３１への電力レベルを調整する出力８１４を含む独立したコマンド出力を有する。
【００４１】
一実施形態におけるコントローラ８００は、ユーザによってコントローラ入力８１６及び８１８へ提供されることができるそれぞれの目標温度で、窓１０６、１１２を維持するための入力８０２、８０４に応答して、出力８０８〜８１４を調整するようにプログラミングされる。コントローラ８００は、ユーザ入力８１６とセンサ入力８０２の間の差を最小化するように、かつユーザ入力８１８とセンサ入力８０４の間の差を最小化するように、フィードバック制御ループの方式で動作するようにプログラミングすることができる。
【００４２】
上述したように、前述の実施形態の種々のものの有利な効果のいくつかは、高められたプラズマ分布の対称性のためのコイルアンテナへのＲＦ電力の対称的分配を含む。非対称ＲＦ電流給電構造からのコイルの遮蔽は、プラズマ分布におけるスキュー効果を低減する。コイルアンテナフィードの互いからの遮蔽は、プラズマ密度分布の優れた制御のためのコイルアンテナの独立制御を増強する。対称的なコイルアンテナと組み合わせた対称的なチャンバ排気は、対称的なプラズマ分布を有する高密度プラズマ源を提供する。異なるＲＦコイルに対する別々の誘電体窓は、異なる誘電体窓の独立した熱制御を可能にする。処理領域において、又は処理領域にわたって異なる誘電体窓を別々に支持することは、チャンバ直径が各々の個別の誘電体窓の直径を超えて増加することを可能にし、チャンバ直径の大きな増加を促進する。１以上の対称的なコイルアンテナと組み合わせた可動ワークピース支持電極は、最小限に非対称な不均一成分を有する中心から縁部までのプラズマ密度分布の優れた制御を可能にする。１以上の対称的なコイルアンテナと組み合わせた、更に対称的なチャンバ排気と組みわせた可動ワークピース支持電極は、最小限に非対称な不均一成分を有する中心から縁部までのプラズマ密度分布の更により良好な制御を可能にする。
【００４３】
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、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2015531163.tif 000003
【図１Ａ】
2015531163.tif 000004
【図１Ｂ】
2015531163.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015531163.tif 000009
【図６】
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【図７】
2015531163.tif 000011
【図８】
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【図９】
2015531163.tif 000013
【図１０】
2015531163.tif 000014
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2015531163.tif 000016
【図１２】
2015531163.tif 000017
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2015531163.tif 000019
【図１３】
2015531163.tif 000020
【図１４】
2015531163.tif 000021
【図１５】
2015531163.tif 000022
【図１６】
2015531163.tif 000023
【図１７】
2015531163.tif 000024
【図１８】
2015531163.tif 000025
【図１９】
2015531163.tif 000026
【図２０Ａ】
2015531163.tif 000027
【図２０Ｂ】
2015531163.tif 000028
【図２１】
2015531163.tif 000029
【国際調査報告】
2015531163.tif 000030
2015531163.tif 000031