(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形のワークピースを処理するための真空プラズマプロセッサであって、
前記ワークピースをプラズマで処理するための真空チェンバと、
前記真空チェンバ内のワークピースホルダと、
前記真空チェンバ内のイオン化可能なガスをプラズマへと励起するための平板状のコイルと、
前記コイルにプラズマ高周波励起電圧を供給するための高周波電源とを含み、
前記真空チェンバは、前記ワークピースが処理中に前記ワークピースホルダの特定の場所に位置するように配置され、
前記コイルは、（ａ）巻線幅が略等しく、且つ、共通中心からの半径が異なる略円形の複数の巻線と、（ｂ）巻線幅が前記複数の巻線と略等しい少なくとも１つのさらなる巻線が、支柱を介して直列接続された構成を備え、
前記複数の巻線は該巻線の全部の内縁と前記共通中心との間隔が略一定になっている態様を有するのに対し、前記少なくとも１つのさらなる巻線は該巻線の少なくとも一部の内縁と前記共通中心との間隔が略一定になっていない態様を有する、
ことを特徴とする真空プラズマプロセッサ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのさらなる巻線は連続したアーチ形の３つの区画から成り、前記３つの区画のうちの２つの区画の内縁と前記共通中心との間隔が略同じであるのに対し、前記３つの区画のうちの１つの区画の内縁と前記共通中心との間隔が前記２つの区画の内縁と前記共通中心との間隔と異なっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３】
前記３つの区画は前記共通中心と同じ中心を有する円弧部から成り、前記１つの区画を構成する円弧部の半径は前記２つの区画を構成する円弧部の半径と異なっている、
ことを特徴とする請求項２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのさらなる巻線は略円形を成していて、略円形を成す前記少なくとも１つのさらなる巻線の中心は前記共通中心から前記コイルの平面方向にシフトしている、
ことを特徴とする請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項５】
前記複数の巻線が２つであり、前記少なくとも１つのさらなる巻線が１つであり、前記１つのさらなる巻線が前記２つの巻線の間にある、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項６】
前記コイルは、前記高周波電源の対向する端子への接続のために前記コイルの中央に配置された一対の励起端子を含む、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項７】
ワークピースホルダ上の特定の場所に設置されるように構成された円形のワークピースを処理する真空プラズマプロセッサ内のイオン化可能なガスに、高周波プラズマ励起場を供給するための平板状のコイルであって、
前記コイルは、（ａ）巻線幅が略等しく、且つ、共通中心からの半径が異なる略円形の複数の巻線と、（ｂ）巻線幅が前記複数の巻線と略等しい少なくとも１つのさらなる巻線が、支柱を介して直列接続された構成を備え、
前記複数の巻線は該巻線の全部の内縁と前記共通中心との間隔が略一定になっている態様を有するのに対し、前記少なくとも１つのさらなる巻線は該巻線の少なくとも一部の内縁と前記共通中心との間隔が略一定になっていない態様を有する、
ことを特徴とするコイル。
【請求項８】
前記少なくとも１つのさらなる巻線は連続したアーチ形の３つの区画から成り、前記３つの区画のうちの２つの区画の内縁と前記共通中心との間隔が略同じであるのに対し、前記３つの区画のうちの１つの区画の内縁と前記共通中心との間隔が前記２つの区画の内縁と前記共通中心との間隔と異なっている、
ことを特徴とする請求項７に記載のコイル。
【請求項９】
前記３つの区画は前記共通中心と同じ中心を有する円弧部から成り、前記１つの区画を構成する円弧部の半径は前記２つの区画を構成する円弧部の半径と異なっている、
ことを特徴とする請求項８に記載のコイル。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのさらなる巻線は略円形を成していて、略円形を成す前記少なくとも１つのさらなる巻線の中心は前記共通中心から前記コイルの平面方向にシフトしている、
ことを特徴とする請求項７に記載のコイル。
【請求項１１】
前記複数の巻線が２つであり、前記少なくとも１つのさらなる巻線が１つであり、前記１つのさらなる巻線が前記２つの巻線の間にある、
ことを特徴とする請求項７〜１０の何れか１項に記載のコイル。
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
本発明は概して、真空チェンバ内のガスをチェンバ内でワークピースを処理するプラズマへと励起するための、高周波応答コイルを有するプラズマプロセッサに関し、さらに特定すると実質的に対称および非対称の巻線を有する実質的に平板状のコイルを含むそのようなプロセッサ、およびそのようなコイルに関する。本発明のまた別の態様は、様々な直径を有する円形のワークピースをプラズマ処理する方法、さらに特定すると、様々な周縁の長さを有するワークピースを処理するときに、同じチェンバもしくは同じ幾何学形状を有する複数チェンバが様々な周縁寸法を有する高周波励起コイルに結合される方法に関する。
【０００１】
（発明の背景）
ワークピースを真空チェンバにおいて高周波プラズマで処理するプロセッサの一タイプは高周波電源に応答するコイルを含む。このコイルは高周波電源に応答してチェンバ内のイオン化可能なガスを励起してプラズマにする電磁場を発生する。このコイルは、普通は処理される製品の平板状で水平に広がる表面に平行な方向に広がる誘電窓の上部に設置されるかまたはそれに隣接される。励起されたプラズマはチェンバ内のワークピースと相互作用してワークピースをエッチングするかまたはその上に物質を堆積させる。ワークピースは通常は平板状の円形表面を有する半導体ウェハもしくは固体誘電体プレート、例えばフラットパネル・ディスプレーに使用される長方形のガラス基板または金属プレートである。
【０００２】
Ｏｇｌｅの米国特許第４，９４８，４５８号は上記の結果を達成するための多数回巻きの渦巻き状コイルを開示している。概してアルキメデス型であるこの渦巻きはインピーダンス整合ネットワークを介して高周波電源に接続された内側端子と外側端子との間を放射方向かつ円周方向に広がる。この一般的なタイプのコイルは磁性および容量性の場の成分を有する振動高周波場を生じ、それが誘電窓を通って伝播して窓近傍のチェンバ内のプラズマの一部のガス中の電子を加熱する。振動高周波場がプラズマ中で電流を誘導し、それがプラズマ中の電子を加熱する。窓近傍のプラズマ部分の磁場の空間分布はコイルの各々の巻線によって生じる個々の磁場成分の合計の関数である。各々の巻線によって生じる個々の磁場成分は各々の巻線の高周波電流の大きさの関数であり、それは高周波電源の周波数でのコイルの伝送線効果が理由となって様々な巻線で異なる。
【０００３】
Ｏｇｌｅの４，９４８，４５８特許で開示され、それに基づく渦巻き設計では、渦巻き状コイルの高周波電流は窓近傍のプラズマ部分でトロイダル形状の磁場領域を発生するように分布し、ガスによってパワーが吸収され、ガスはプラズマに励起する。１．０から１０ｍＴｏｒｒ程度の低圧では、リング形状の領域からのプラズマの拡散は、チェンバの中央および周縁部のワークピースのすぐ上部でプラズマ密度ピークを発生させ、そのため、ワークピースを処理するイオンと電子の複数のピーク密度はワークピース中心線およびワークピース周縁部に近接する。１０から１００ｍＴｏｒｒ程度の中間の圧力範囲では、プラズマ中の電子、イオンおよび中性子の気相衝突がプラズマ荷電粒子のトロイダル領域外への実質的な拡散を妨害する。結果として、ワークピースのリング状領域で比較的大きなプラズマ束が存在するが、中央および周縁のワークピース部分では小さなプラズマ束となる。
【０００４】
これらの異なる動作条件はリングとリング内外の容積との間でプラズマ束（すなわちプラズマ密度）の大きなバラツキを生じる結果につながり、ワークピースに入射するプラズマ束の標準偏差が大きくなる。ワークピースに入射するプラズマ束の尺度はワークピースのオングストローム／分で表わされるエッチング速度であり、Ｏｇｌｅのタイプのコイルのエッチング速度均一性の標準偏差は通常は３．０％よりも大きい。ワークピースに入射するプラズマ束の標準偏差が大きいと、ワークピースは不均一に処理される傾向がある、すなわちワークピースの様々な部分が異なる量でエッチングされ、および／または異なる量の分子がそれらに堆積される傾向がある。
【０００５】
プラズマの均一性を向上させるために数多くのコイルが設計されてきた。１９９８年６月２日に発布された同一出願人による米国特許第５，７５９，２８０号（Ｈｏｌｌａｎｄら）は、商業的実施形態で１２インチの直径を有し、かつ内壁の円の直径１４．０インチを有する真空チェンバとの組み合わせで動作するコイルを開示している。このコイルは１４．７インチの直径と０．８インチの均一な厚さを有する石英窓を介してチェンバ内部に電磁場を加える。各々のワークピースの中心は、コイルの中心線と一致するように直径２００ｍｍを有する円形半導体ウェハであるワークピースが窓の底面の４．７インチ下のワークピースホルダに配置される。
【０００６】
５，７５９，２８０号特許のコイルは４，９４８，４５８号特許のコイルよりも、ワークピースにわたってかなり小さいプラズマ束のバラツキを発生させる。５ミリＴｏｒｒで稼動しているチェンバにおいて、２００ｍｍのウェハ上の５，７５９，２８０号特許のコイルによって発生するプラズマ束から結果的に得られるエッチング速度均一性の標準偏差は約２．０％であり、同じ条件下で動作する４，９４８，４５８号特許のコイルの場合の標準偏差約３．０％よりもかなり改善されている。５，７５９，２８０号特許のコイルは、ワークピースの中央部のプラズマ密度が、ワークピース中間部分のプラズマ密度よりも大きくなる磁場を引き起こし、そのためにワークピース周辺部のプラズマ密度を超えることになる。５，７５９，２８０号特許のコイルでのチェンバの様々な部分のプラズマ密度のバラツキは、より低い標準偏差を生じ、同じ動作条件での４，９４８，４５８号特許のコイルのそれよりもはるかに小さい。
【０００７】
３００ｍｍの直径を有する円形半導体ウェハの出現とともに、２００ｍｍと３００ｍｍの直径の円形半導体ウェハをプラズマ処理するのに同じ真空チェンバを使用することが提案されてきた。図１は両方の直径のウェハを処理するのに使用できるプロセッサの図面である。図１に描かれたタイプのプロセッサでは、同じプロセッサが両方の直径について、異なる時間に使用され、または同じ幾何学形状を備えた複数のチェンバを有するプロセッサが、２００ｍｍと３００ｍｍの直径のウェハを別々に処理するのに使用する。
【０００８】
図１の真空プラズマワークピースプロセッサは、２０インチの内径を有するグラウンド接地された金属壁１２、金属の基台プレート１４、および中心から周縁部まで同じ厚さを有し、かつ直径がチェンバ１０の内径を超えることによって壁１２の上部エッジを担う誘電窓構造１９で構成される円形の上部プレート構造１８を含む円筒の真空チェンバ１０を含む。真空チェンバ１０のシールは従来のガスケット（図示せず）によって供給される。図１のプロセッサは、通常は円形半導体ウェハ（すなわち基板）をエッチングするか、またはそのようなウェハ上に分子を堆積させるために使用される。
【０００９】
プラズマ状態へと励起され得る適切なイオン化可能なガスが、窓１９のポート２０を介してガス源（図示せず）からチェンバ１０の内部に供給される。チェンバ１０の内部は、基台プレート１４のポート２２に接続された真空ポンプ（図示せず）によって１乃至１００ミリＴｏｒｒの範囲で変わり得る圧力で、真空状態に維持される。
【００１０】
チェンバ内のガスは適切な電源によって励起され、Ｏｇｌｅの４，９４８，４５８号特許に開示されたコイルによって励起されるプラズマよりもかなり均一な密度を有するプラズマを供給する。この電源は正方形の断面と中空の内部を有する実質的に平坦な金属のコイル２４を含み、コイル２４は通常は正方形の銅チューブでできている。コイル２４は窓１９のすぐ上部に装着され、通常は１３．５６ＭＨｚの固定周波数を有し、かつ通常、固定の振幅エンベロープを有する高周波電源２６によって励起される。コイル２４内の電流は窓１９の近傍でチェンバ１０内に十分に大きい磁束を発生させ、チェンバ内のイオン化可能なガスをプラズマへと励起する。
【００１１】
高周波電源２６の出力端子とコイル２４の励起端子との間に接続されたインピーダンス整合ネットワーク２８は、高周波電源の出力をコイルに結合させる。インピーダンス整合ネットワーク２８は、電源２６とコイル２４及びコイルが励起するプラズマ負荷を含めた負荷との間のインピーダンス整合を達成するために、コントローラ（図示せず）が知られている方式で変化させる可変リアクタンス（図示せず）を含む。
【００１２】
２００ｍｍまたは３００ｍｍの直径の円形のワークピース３２は、チェンバ１０内で円形のワークピースホルダ（すなわちチャックもしくはプラテン）３０の表面に固定して装着される。ワークピース３２を担持するチャック３０の表面は、窓１９の表面と平行である。通常では静電タイプであるチャック３０は、２つの異なる直径のうちの１つを有し、それはチェンバ１０内で特定の時間に処理されるワークピースの直径に応じて決まる。ワークピース３２はＤＣ電源（図示せず）のＤＣ電位をチャックの１つもしくは複数の電極（図示せず）に印加することによって、チャック３０の表面に通常は静電的にクランプされる。
【００１３】
高周波電源３１は可変リアクタンス（図示せず）を含むインピーダンス整合ネットワーク３３に一定の振幅エンベロープを有する高周波電圧を供給する。整合ネットワーク３３は電源３１の出力をチャック３０の電極に結合させる。電源３１のインピーダンスをチャック３０の電極に結合された負荷インピーダンスに整合させるために、コントローラ（図示せず）が整合ネットワーク３３の可変リアクタンスを制御する。電極に結合した負荷は本来はチェンバ１０内のプラズマである。よく知られているように、電源３１がチャック３０の電極に印加する高周波電圧はプラズマ中の荷電粒子と相互作用してワークピース３２にＤＣバイアスを発生させる。
【００１４】
平板状のコイル２４を取り囲み、上端プレート１８の上部を延びているのは、中にコイルが収まる正方形断面を有する金属のチューブもしくはシールド３４である。シールド３４はコイル２４に起源を発する電磁場を周囲の環境から切り離す。シールド３４とコイル２４の周縁領域との間の距離は十分にあり、コイル２４の周縁領域によって生じる磁場がシールド３４により有意に吸収されるのを防いでいる。
【００１５】
コイル２４の外径に対して円筒形状のチェンバ１０の直径は、コイルの周縁領域において生じる磁場のチェンバ壁１２による実質的な吸収を阻止するのに十分なほどに大きい。誘電窓構造１９の直径は、チェンバ１０の内径よりも大きく、チェンバ１０の上面全体が誘電窓構造１９で構成される程度まで可能である。
【００１６】
ワークピース３２の処理面と誘電窓構造１９の底面の間の距離はワークピースの露出処理面に最も均一なプラズマ束を供給するように選択される。通常では、ワークピースの処理面と誘電窓の底の間の距離は、チェンバ１０の直径の約０．３乃至０．４倍であり、チェンバ１２の内径は２０インチ、５，７５９，２８０号特許の先行技術の形状を有するコイル２４の直径は、直径２００ｍｍのウェハについては１３インチであり、シールド３４は各々の側部で２３．５インチの長さを有し、ワークピースの処理面と誘電窓の底の間の距離は６．０インチである。
【００１７】
平板状のコイル２４は伝送線として機能し、コイルの長さに沿った定在波パターンを生じる。定在波パターンはコイルの長さに沿った高周波電圧と電流の大きさのバラツキを結果的に示す。コイルによって生じる磁束のこれらの高周波電流の大きさに対する依存性は、コイルの様々な部分の支配下にあるチェンバ１０内の様々な部分に発生するプラズマの量が異なる結果につながる。平板状コイル２４の高周波電流の伝送線挙動は、中央コイル区画より発生する磁束の量と比べて、周縁コイル区画より発生する磁束の量を増大させる。この効果は最大高周波電流領域が周縁コイル区画となるように高周波でコイル２４を励起することによって確立する。
【００１８】
図２に描いたように、５，７５９，２８０号特許の形状を備えた平板状コイル２４は、実質的に半円形の内側ループ４０、４２および実質的に円形周縁区画４６と４８および実質的に円形の中間区画４４を含む。ループ４０と４２の各々は、コイル２４のほぼ半周巻きを形成するのに対して、ループ４４、４６および４８の各々は、ほぼ全周巻きを形成する。これらの全周および半周巻きは互いに直列に接続される。区画４０、４２、４４、４６および４８のすべては、中心コイル軸５０と同軸であり、ウェハがチャック３０の定位置にクランプされると、今度はチェンバ１０の中心軸およびウェハ３２の中心と一致する。コイル２４の中央部分にある対向する励起端子５２と５４は、リード５８と５６によって整合ネットワーク２８経由で高周波電源２６の対向する端子およびキャパシタ８０の一方の電極（他方の電極はグラウンド接地される）にそれぞれ結合される。ループ４０の端子５２の反対側の端部にある端子６０は、コイル２４の平面のいくぶん上の領域に位置する金属のストラップ６４によって、外側ループ区画４８の端部端子６６に接続される。隣接する区画４０、４２、４４、４６および４８の間の間隔およびストラップ６４とコイル２４の残り部分との間隔は、それらの間のアークを十分に防止するほど大きい。区画４０、４２、４４、４６および４８の外側エッジの半径はそれぞれ２インチ、２インチ、３．５インチ、５．５インチおよび６．５インチである。
【００１９】
区画４８は端子６６から３６０°よりもわずかに小さいところに第２の端子６８を有する。端子６８はストラップ７２を介してループ区画４６の端子７０に接続される。ほぼ３６０°の角度の広がりを有するループ４６は、半径方向と円周方向に延びるストラップ７８を介してループ４４の端子７６に接続される第２の端部端子７４を有する。ほぼ３６０°の角度の広がりを有するループ４４は、半径方向と円周方向に延びるストラップ８２を介して区画４２の端子５４と反対側の端部にある端子６２に接続される第２の端部端子８０を有する。
【００２０】
ｊ＝√（−１）、ｆが高周波電源２６の周波数、Ｃがキャパシタ８０のキャパシタンスである場合に容量性インピーダンスＺｃａｐ＝１／（ｊ２πｆＣ）を有するキャパシタ８０は、位相をシフトをすることによってコイル２４の全長にわたって電圧および電流分布の位置をシフトする。電圧および電流分布は、‘４９８号特許でＯｇｌｅが開示するタイプのコイルの励起の結果として得られる束よりも、かなり均一なプラズマ束をワークピース３２の処理面に供給する高周波電磁場を、コイルが発生させるようにコイル２４内でシフトされる。
【００２１】
コイル２４の電圧と電流は、コイル端子５４でのピークピーク高周波電流が最小でかつコイル端子５２のピークピーク高周波電流と等しくなるようにキャパシタ８０の値を選択することによって配分される。この条件で、コイルは端子５２と５４で対極性最大ピークピーク高周波電圧を有し、コイルの最大高周波電流は導電性ストラップ７２の近傍で生じる。コイル内の高周波電圧および電流の分布は次のように概算することが可能であり、
Ｖpkpk(X)＝Ｖ0pkpkｃｏｓ［β（ｘ＋ｘo）］および
Ｉpkpk(X)＝Ｉ0pkpkｓｉｎ［β（ｘ＋ｘo）］
ここで、
ｘはコイルの端子５４から測定した直線距離、
βは高周波電源２６の光速ｃで割り算をした角周波数、
ｘoはキャパシタ８０の値によって決定されるゼロからのオフセット、
Ｖ0pkpkおよびＩ0pkpkはそれぞれコイルの最大高周波ピークピーク電圧および電流である。
【００２２】
キャパシタ８０の値はｘoがコイルに流れる高周波電流の波長（λ＝ｃ／ｆ）のおよそ０．１５倍になるように選択される。
【００２３】
コイル２４の周縁領域はコイルの中央領域よりも大きな磁束を発生するが、その理由はピークピーク高周波電流の大きさがコイルの周縁区画で中央区画のピークピーク高周波電流の大きさと比較してさらに大きいからである。最大のピークピーク高周波電流の振幅は実質的に円形のループ区画４６で生じる。隣接するループ区画４４と４８、およびループ区画４６でのピークピーク高周波電流の振幅とループ区画４４、４６と４８のお互いからの間隔は、これら３つのループ区画からの磁束が空間で混ざり合って窓１９の直下で、比較的広い環状領域にわたって最大値を有する全磁束密度を与えるように設定する。環状領域はループ区画４６と４８の間から中間区画４４と内側区画４０と４２の間まで広がる。
【００２４】
コイルの様々な部分を流れる高周波電流の大きさのバラツキは空間で平均化され、Ｏｇｌｅの‘４９８号特許のコイルによって達成されるよりも均一なプラズマをウェハ３２に入射させる補助になる。コイルの様々な部分のこれら様々な電流値の空間的平均化は、特にコイル周縁部付近のコイル区画の超高周波電流領域において、プラズマ密度の実質的な非放射状の非対称性を回避すると以前は考えられていた。全磁束もまた、角座標θの関数として、Ｏｇｌｅの特許のコイルでのケースよりもかなり一定している。
（ここでθはコイルの中心点５０°を通って延びる基準角度に関して、コイル周辺部についての角度を表す、例えば図２では、基準角度は中心点５０の左側へ水平に延びる）。
【００２５】
特定の座標値θに沿って一定で空間的に平均化した磁束は、Ｏｇｌｅの‘４９８号特許に開示されたコイルから結果的に得られるプラズマよりも、θに沿って放射状でさらに対称性を帯びたプラズマを供給する。２つの実質的に半円形で等しい半径の区画４０と４２のピークピーク高周波電流の振幅は、その他の区画の電流の振幅よりも有意に小さい。区画４０と４２は十分な磁束を誘導し、それらはその他の区画４４、４６および４８から誘導された磁束と空間的に平均化され、それによりチェンバの直径を横切ってワークピース３２の処理面の高さで発生するプラズマ束は、Ｏｇｌｅの特許のコイルで達成されるよりもかなり均一になる。
【００２６】
平板状コイル２４の様々な部分（例えば、同じ角座標位置θのループ区画４６と４８の部分間）の電圧をプラズマに静電的（すなわち容量性）に結合することは発生するプラズマ束の均一性に影響する。プラズマへのこれらの電圧の容量性結合は、コイルの区画で発生するピークピーク電圧の大きさ、ならびにコイルをプラズマから隔てる窓１９の厚さと誘電体材料によって決まる。高周波電圧によって発生する容量性の電流の影響は、端子５２と５４で最大の高周波ピークピーク電圧を生じさせることによって最小限にされる。コイル２４の幾何学形状およびキャパシタ８０の値の選択が、端子５２と５４で最大の高周波ピークピーク電圧を生じさせる。平板状コイル２４を高周波励起することは、ワークピース３２全体にわたってＯｇｌｅの４，９４８，４５８号特許のコイルから結果的に得られるよりもかなり均一な束を有する実質的に平板状のプラズマを発生させる。
【００２７】
集積回路の形体が小さくなればなるほど、図２と関連して説明したコイルによって発生する２００ｍｍのウェハに入射するプラズマの均一性が頻繁に不十分となることが判明した。説明した１３インチ直径のコイルでプラズマが励起されるとき、２００ｍｍウェハ上に非対称直径のプラズマ束分布が図１のプロセッサで形成される。この非対称性は２００ｍｍ半導体ウェハに形成される０．１８マイクロメートルの形体を有する半導体デバイスに多大な悪影響を及ぼす。特に、１３．５６ＭＨｚの高周波電源２６に接続された図２のコイルによって、プロセッサ内のガスをプラズマへと励起しながら図１の説明したプロセッサ内で、約２０ｍＴｏｒｒの真空においてウェハをエッチングしたとき、円形の２００ｍｍポリシリコンウェハ７１のエッチング速度は、図３の領域７２、７４、７６、７８および８０で示したようになることが判明した。ウェハ７１の周縁部は図３の点７３で示した位置決め用の切り欠きを含む。位置決め装置（図示せず）は、切り欠きは、チェンバ１０内のウェハ７１を、図３のウェハ中心点７０を通って延びる垂線７５から時計回りに約１０°のオフセットとなるように設置した。
【００２８】
ウェハ７１の中心点７０は２３７８オングストローム／分の最大エッチング速度を有する領域７２に取り囲まれる。領域７２はいくぶん非対称であり、図３に描いたように中心点７０の左側で右側よりも大きな量を有する。領域７２を取り囲むのは領域７４であり、２３７８と２３９６オングストローム／分の間のエッチング速度を有する。領域７４はウェハ７１の左エッジまで広がってウェハの左エッジに沿って約１００°の円弧長にかかる。領域７４はまた、領域７２の右側にもある程度広がり、ウェハ内でほぼ円形の周縁輪郭を有する。
【００２９】
中心点７０と領域７４の上下を右方向へ形作る概して三日月形状の領域７６、７８および８０は、それぞれ２３９８乃至２４１８オングストローム／分の範囲、２４１８乃至２４３８オングストローム／分の範囲および２４３８オングストローム／分以上のエッチング速度を表わす。領域７６は、ウェハ７１の周縁部で中心点７０より上側に約３０°、下側に約１５°のウェハ周縁円弧長を有し、領域７８は中心点７０より上側に約１５°、中心点７０より下側に約２０°のウェハ７１周縁円弧長を有し、それに対して領域８０はウェハの右エッジに沿って約１７０°の円弧長を有する。概して、領域７６の左エッジから領域８０の周縁部までウェハのエッジに沿って単調な変化がある。
【００３０】
ウェハ７１は２４１２オングストローム／分の平均エッチング速度および１シグマの標準偏差で１．４％の不均一性を有する。この高度不均一性は、先行技術における０．１８マイクロメートルよりも大きな形体を有する２００ｍｍウェハの処理、すなわちそのようなウェハから材料をエッチングすること、およびウェハに物質を堆積させることについてはしばしば満足できるものであった。しかしながら、集積回路が進歩するにつれ、形体は０．１８ミクロンよりもはるかに小さくなっており、図２のコイルで達成される図３に描いた均一性は常に適切というわけではない。
【００３１】
図３の分析から領域７６、７８および８０に付随するプラズマ密度の非対称性が明らかであり、それらのすべては本質的に中心点７０の右側、ならびに領域７２と７４である。領域７６、７８および８０に付随するプラズマ密度のバラツキを低減することにより、プラズマ密度の均一性を図２に描いたコイルで達成される以上に増大させることが可能であることに著者らは気付いた。
【００３２】
したがって本発明の目的は、円形のワークピースへの高度に均一なプラズマ束（すなわちプラズマ密度）を達成するために新型で改善された真空プラズマプロセッサおよび高周波プラズマ励起コイルを提供することにある。
【００３３】
本発明の付加的な目的は、円形のワークピースへのプラズマ密度のさらに優れた均一性を達成するために、新型で改善された幾何学形状を有するコイルによって励起される高周波プラズマを有する新型で改善された真空プラズマプロセッサを提供することにある。
【００３４】
本発明のさらなる目的は、１シグマの標準偏差で１．４％よりも小さい不均一性でウェハをエッチングすることのできる新型で改善された真空プラズマプロセッサとコイルを提供することにある。
【００３５】
本発明のまた別の目的は、小さい形体を有して０．１８ミクロンよりも小さい集積回路の製造に使用するのに特に適するよう構成された新型で改善された高周波励起コイルを有する新型で改善された真空プラズマプロセッサを提供することにある。
【００３６】
本発明の付加的な目的は、同じ形状であるが異なるサイズを有するワークピースを、同じ処理チェンバもしくは同じ幾何学形状を有する複数のチェンバ内で処理できるような新型で改善されたプラズマプロセッサ操作方法を提供することにある。
【００３７】
本発明の追加の目的は、２００および３００ｍｍの直径を有する円形の半導体ウェハを同じ処理チェンバもしくは同じ幾何学形状を有する複数のチェンバ内で処理できるような新型で改善されたプラズマプロセッサ操作方法を提供することにある。
【００３８】
（発明の概要）
本発明の一態様によると、ワークピースホルダ上の特定の場所に設置されるように構成された、円形のワークピース用の真空プラズマプロセッサのイオン化可能なガスに高周波プラズマ励起場を供給するための、実質的に平板状のコイルは、（ａ）コイルの中心点に関して実質的に対称に配列された複数の同軸の巻線、および（ｂ）コイルの中心点に関して非対称に配列された少なくとも一回のさらなる巻線を含む。
【００３９】
本発明はまた、そのようなコイルを有する真空プラズマプロセッサにも関する。
【００４０】
本発明のまた別の態様は、ワークピース上で他の真空プラズマプロセッサよりもさらに優れたプラズマ密度均一性を達成するような円形ワークピースを処理するための真空プラズマプロセッサに関する。他のプロセッサは４つの同心の直列接続された円形巻線と中央に配置されて高周波励起源に接続された励起端子を含む。他のプロセッサは、励起されると、ワークピースの第１の側の実質的なワークピース円弧長に沿ったプラズマ密度が、ワークピースの第２の側の実質的なワークピース円弧長に沿ったプラズマ密度と大幅に異なるような直径方向に非対称となるワークピース上のプラズマ密度分布を引き起こす。第１と第２の側の円弧長は互いに直径方向にほぼ対向する。本プロセッサは（ａ）ワークピースをプラズマで処理するための真空チェンバ、（ｂ）チェンバ内のワークピース用のホルダ、（ｃ）チェンバ内のガスをプラズマへと励起するための実質的に平板状のコイル、および（ｄ）コイルを励起するための高周波電源を含む。コイルは（ａ）共通の中心点を有する複数の円形で同軸同心巻線、（ｂ）高周波電源で駆動されることになる接続を有する中央の励起端子、および（ｃ）プラズマ密度の直径方向の非対称性を実質的に低減し、同じ条件下で動作する他のプラズマプロセッサよりも優れたプラズマ密度均一性をワークピース上に供給するための、他の巻線と異なる幾何学形状を有する少なくとも１回のさらなる巻線を含む。
【００４１】
少なくとも１回のさらなる巻線は（ａ）中心点に近いアーチ形の部分が他のプロセッサでより高いプラズマ密度を有するワークピース部分と位置合わせされ、かつ（ｂ）中心点から遠いアーチ形の部分が他のプロセッサでより低いプラズマ密度を有するワークピース部分と位置合わせされるように、中心点から異なる間隔を有する複数のアーチ形部分を含むことが好ましい。
【００４２】
一実施形態では、少なくとも１回のさらなる巻線は第１と第２のアーチ形部分を含む。第１と第２の部分は円の扇形部であり、異なる半径および複数巻線の中心点と実質的に同じである共通の中心点を有する。本発明の実施形態のすべてにおいて、少なくとも１回のさらなる巻線は隣りの巻線への接続部を除いて閉じた形状を有することが好ましい。
【００４３】
また別の実施形態では、少なくとも１回のさらなる巻線は、共通中心点から、他のプロセッサによる処理中には実質的により低いプラズマ密度を有するワークピースの側の方に移動した中心を有する円の形状を有する。
【００４４】
好ましい一実施形態では、コイルは４回巻線しか持たず、そのうちの３巻線が複数巻線部であり、１巻線だけが少なくとも１回のさらなる巻線である。さらなる巻線は、最大半径と２番目に小さい半径とを有する複数巻線の間にある。励起端子は最小半径を有する巻線にある。中心点から次第に離れていく巻線は互いに直接的につながっており、最大半径と最小半径の巻線も互いに直接接続される。
【００４５】
また別の実施形態では、少なくとも１回のさらなる巻線は（ａ）コイルの中心点と同心の中心点を有する円の扇形部である第１の部分、（ｂ）第１の部分の第１の端部から実質的に直線的に延びる第２の部分、および（ｃ）第１の部分の第２の端部から実質的に直線的に延びる第３の部分を含む。第１の部分はそれぞれ高周波電源に接続された第３と第４の端部を有する第１と第２の区分に分割されることが好ましい。
【００４６】
そのようなコイルは第１と第２のさらなる巻線を含むことが好ましい。第１のさらなる巻線は第２のさらなる巻線よりもコイルの中心点に接近している。少なくとも１回のさらなる巻線の両方は前述の形状を有する。さらなる巻線両方の円の扇形部はアーチ形に整列される。さらなる巻線両方の直線部分は実質的に互いに平行に延びる。第１と第２のさらなる巻線はコイルの中心点に最も近いコイル巻線である。
【００４７】
本発明のさらなる態様は、同じ真空プラズマ処理チェンバもしくは同じ幾何学形状を有する複数の真空プラズマ処理チェンバ内で、異なる第１と第２の周縁長を有しかつ幾何学的に類似した形状を有するワークピースを処理する方法に関する。本方法は第１と第２の異なる周縁寸法を有する高周波プラズマ励起コイルをチェンバもしくは複数チェンバ内のイオン化可能なガスに結合させるステップを含み、その間で第１と第２の周縁長のワークピースは、真空下にあってガスを処理プラズマへと励起するために高周波エネルギーがコイルに供給されるチェンバもしくは複数チェンバ内でそれぞれ処理される。第１の周縁長さは第２の周縁長を超えるものであり、第１の周縁寸法は第２の周縁寸法よりも大きい。
【００４８】
ワークピースは円形であってコイルの各々は円形のワークピースの中心点と位置合わせされた中心点を有する複数の実質的に円形で同軸の巻線を含み、かつコイルの各々がコイルの中心点に関して非対称である少なくとも１回の巻線を含むことが好ましい。
【００４９】
本発明の上述のおよびさらなる目的、特徴および利点は以下のいくつかの特定の実施形態の詳細説明を考慮し、特に添付の図面と関連付けると明らかになるであろう。
【００５０】
（図４乃至８の詳細な説明）
図１のプロセッサで図２のコイルの代わりに使用される図４と５のコイルは、図２のコイルと極めて類似した構造であり、図４と５のコイルは１３インチの外径を有し、中心点５０、実質的に半円形の巻線区画４０と４２、ほぼ円形の巻線４４、およびほぼ円形の巻線４８を含む。区画４０、４２、４４と４８の各々は区画４０と４２が中心点に最も近くなり、巻線４４が区画４０と４２の半径よりも大きい半径となり、巻線４８がコイルの他のどの部分よりも中心点５０から遠くなるようにして中心点５０の半径上に位置する。励起端子５２と５４はそれぞれ区画４０と４２の第１の端部にあり、それに対して区画４０と４２の第２の端部６０と６２は、区画４０と４２およびコイルの巻線と同じ材料であることが好ましく、通常はその材料が銅である半径方向かつ円周方向に延びる金属の支柱６４と８２によって巻線４８と４４の端点６６と８１もしくは端子にそれぞれ接続される。
【００５１】
図２と４のコイルの間の主な違いは、図４のコイルがアーチ形の区画１８４、１８５と１８６を有する非対称巻線１８２を含むことである。区画１８４と１８５は中心点５０から同じ半径上にあるが、それに対して区画１８６は区画１８４と１８５よりも中心点５０に近い半径上にある。言い換えると、区画１８４と１８５は中心点５０から第１の半径によって規定される円弧に沿って位置し、それに対して区画１８６は中心点５０から第２の半径によって規定される円弧に沿って位置し、第２の半径は第１の半径よりも小さい。好ましい実施形態では、区画１８４と１８５の外側エッジは点５０から５．５インチ（１２．３８ｃｍ）の半径上にあり、それに対して区画１８６の外側エッジは点５０から４．５インチ（１１．２５ｃｍ）の半径上にある。区画４０と４２および巻線４４と４８の半径は図２のコイルのそれらと同じである。区画４０と４２の外側エッジは中心点５０から２インチ（５．０８ｃｍ）の半径上にあり、それに対して巻線４４と４８の外側エッジはそれぞれ中心点５０から３．５インチ（８．７５ｃｍ）と６．５インチ（１６．２５ｃｍ）の半径上にある。区画４０、４２、１８４、１８５と１８６、ならびに巻線４４と４８は、それらの底面が図１のプロセッサの誘電窓１９の上面から一様な間隔となるかまたは接するかのいずれかとなるように実質的に同一平面であり、それによって図４と５のコイルのすべての区画からプロセッサ内で窓の直下にある領域への容量性結合は実質的に同じとなる。
【００５２】
区画１８６の対向する端部１９０は、半径方向かつ円周方向に延びる金属の支柱８８と９０によって区画１８４と１８５の端部１９２と１９４にそれぞれ接続される。区画１８４、１８５と１８６はそれぞれ約６０°、１６０°と１３０°のアーチ形状の広がりを有する。図１のチェンバで処理されるウェハは、ウェハの切り欠きが中心点５０と交差する垂線から時計回り方向に約１０°のオフセットを有し、区画４２と４４の端部の励起端子５２と５４から等距離となるように図４と５のコイルに関して位置決めされる。金属の支柱７８は、区画１８４の支柱８８から反対側の端部７４を外側巻線４８の内側区画４０に接続されていない端部に接続し、それに対して金属の支柱７２は巻線４４と区画８５の端部を相互に接続する。
【００５３】
図４と５のコイルが図１のプロセッサの窓１９の上部に配置された場合、ウェハ７１と同じ位置で静電チャック３０に装着された２００ｍｍウェハ９３のエッチング速度は、図６の領域９４、９６、９８、１００、１０２、１０４および１０６で示したようになる。ウェハ９３は、図５のウェハ９３が図４と５のコイルによる励起から結果的に得られるプラズマと反応することを除いては、図３のエッチ・パターンは、図２に描いたコイルの高周波励起から結果的に得られたものであるが、図３のウェハ７１と同じ条件下で同じチェンバでエッチングされた。同じエッチング剤を使用し、図５のウェハの位置決め用切り欠き９５が図６で、コイルの中心点５０と垂直方向に位置合わせされたウェハの中心点９２から垂直に延びる線から時計回りに１０°のオフセットを有するようにウェハは同じ位置に位置決めされた。
【００５４】
図６に描いたウェハ９３の平均エッチング速度は２４８６オングストローム／分であり、１シグマの標準偏差で０．８％の不均一性であった。中心点９２を取り囲む領域９４は２４６７オングストローム／分もしくはそれ未満のエッチング速度を有するが、それに対して領域９４を取り囲みかつ中心点９２の右に広がる領域９６は２４６７乃至２４７７オングストローム／分の範囲のエッチング速度を有する。領域９６を取り囲みかつ約１８０°の円弧長にわたってウェハ９３の周縁部のかなりの部分に沿って広がる領域１００は、２４７７と２４８７オングストローム／分の間の範囲のエッチング速度を有する。ウェハの左上の四分円にあって約２０°の円弧長にわたってウェハ周縁部に広がる領域９８は、領域９６と同じエッチング速度範囲を有する。２４８７オングストローム／分を超えるエッチング速度を有する領域１０２、１０４および１０６は、領域１０２がウェハ・エッジの右下四分円に概して沿って約７０°で広がり、領域１０４がウェハ右上の四分円の約６０°に沿って概して広がり、領域１０６がウェハ・エッジに沿って中心点９２の左側へ約１０°広がるようにウェハ９３の或る周縁部分に沿った小さな扇形を占める。
【００５５】
図４と５のコイルは、前のウェハ７１にプラズマ密度を生じさせる図２のコイルのメカニズムとほぼ同じメカニズムでウェハ９３上にプラズマ密度を生じさせる。ウェハ９３をエッチングするウェハ７１の場合よりもさらに優れたプラズマ密度均一性は、図３の非対称領域７２乃至８０に基づいた図４と５のコイルの形状調整によって達成される。
【００５６】
図３と６を比較すると、図３のウェハ７１において領域７６、７８および８０に存在したエッチング速度の非対称性が、図６のウェハ９３のエッチング速度に存在しないことが明らかである。図６のウェハのエッチング速度は、図３のウェハのエッチング速度よりもかなり均一であり、傾斜した、すなわち非対称の領域７６、７８および８０に見られるような特徴を含まない。領域１００は図６のエッチング速度を支配的し、ウェハの面積のほぼ５０％にわたって広がる。
【００５７】
３００ｍｍの円形ウェハを処理するのに図１のチェンバが使用されるとき、図５のコイルが図７のコイル１００で置き換えられる。図２および５のコイルに似た図７のコイル１００は４回の巻線１０１乃至１０４を含み、それらのすべてがコイルの中心点１０６と同心である。内側で、分割巻線１０１が２つの分離した区画１１２と１１４を含み、それぞれが励起端子１０８と１１０を含み、それぞれが図１の整合ネットワーク２８の出力端子とキャパシタ８０に接続される。半径方向かつ円周方向に延びる支柱１１６、１１８および１２０は、支柱１１６が巻線１０１の区画１１２を巻線１０２の第１の端部に接続し、支柱１１８が巻線１０２の第２の端部を巻線１０３の第１の端部に接続し、支柱１２０が巻線１０３の第２の端部を巻線１０４の第１の端部に接続するように巻線１０１乃至１０４の隣り合う対を接続する。支柱１２２は巻線１０４の第２の端部を巻線１０１の整合ネットワーク２８の出力端子に接続されていない部分１１２の端部に接続する。
【００５８】
図７のコイル１００は、コイル１００の巻線１０１乃至１０４が、図２、４および５に描かれたコイルの巻線の幾何学形状と異なる幾何学形状を有するので、図２、４および５のコイルとは異なる。特に、巻線１０３と１０４は両方共に円形であってそれぞれ８インチ（２０．３２ｃｍ）と６．５インチ（１６．４１ｃｍ）の外側エッジ半径を有する。コイル１００の巻線１０１と１０２は図２、４および５のコイルの２つの内側巻線と異なるが、その理由は巻線１０１と１０２が中心点１０６に関して非対称だからである。巻線１０１と巻線１０２のコイル部分１１２と１１４は部分１２６、１２８と１３０を含み、それらはそれぞれ中心点１０６に関して２インチ（５．０８ｃｍ）、２インチ（５．０８ｃｍ）、３．７５インチ（９．４ｃｍ）の外側エッジ半径を有する円の区画である。部分１２６、１２８と１３０の各々は、支柱１１６、１１８、１２０と１２２が位置するコイルの側と反対側のコイル１００の側で１８０°の円弧長を有する。
【００５９】
図７に描いたように、コイル１００は互いに直角をなす水平方向直径１３１と垂直方向直径１３３を含む。支柱１１６乃至１２０は垂直方向直径１３３と交差し、それに対して円形部分１２６、１２８と１３０の端部は水平方向直径１３１と交差する。分割巻線１０１の部分１１２と１１４はそれぞれ相対的に直線の区画１３２と１３４を含み、それらは水平方向直径１３１から上方に、かつ垂直方向直径１３３に向かっていくぶん内側に延びる。直線区画１３２と１３４は垂直方向直径１３３から約１０°のオフセットを有する中心線を有する。区画１３２は、区画１３２の端点の先端が水平方向直径１３１から２．２５インチ（６ｃｍ）移動するように水平方向直径１３１から上方に延び、それに対して区画１３４の直線部分は直径１３１より３．２５インチ（８．８０ｃｍ）上で終端化する。
【００６０】
巻線１０２は垂直方向直径１３３の右側と左側で直線区画１４０と１４２を含む。区画１４０と１４２の各々は垂直方向直径１３３に向かって約１０°の角度で内側に傾斜している。したがって、区画１４０と１４２はそれぞれ区画１３２と１３４に実質的に平行である。区画１４２の直線部分は水平方向直径１３１の約３．４インチ上にある点で終わり、それに対して区画１４２の直線部分は水平方向直径１３１の約３．５インチ上にある点で終わる。
【００６１】
前記から、コイル１００は２つの対称性の外側巻線１０３と１０４、および２つの非対称性の内側巻線１０１と１０２を含む。非対称性の関係は、コイル１００が図２のコイルの示す放射方向非対称束分布の傾向を克服することを可能にし、それに対して巻線１０３と１０４のより一層大きい直径は、コイル１００が３００ｍｍ円形ウェハにわたって実質的に均一なプラズマ密度を発生するのを可能にする。
【００６２】
図５のコイルから図７のコイルへとコイルを交換することに加えて、２００ｍｍウェハプロセッサから３００ｍｍウェハプロセッサへと図１のチェンバを置き換えるのに必要となるその他の有意な変更は、２００ｍｍと３００ｍｍのワークピースのための台座を形成する静電チャックのサイズを変えることである。２００ｍｍチャックは３００ｍｍウェハにとって適切ではなく、その理由は２００ｍｍウェハ用のチャックでウェハの周縁部分に加えられる静電クランプ力は３００ｍｍウェハを定位置に保持するのに不十分だからである。３００ｍｍウェハ用の静電チャックは２００ｍｍウェハに使用することができず、その理由はウェハにとって完全にチャック電極を覆うことが必須だからである。
【００６３】
図８は図１に示したタイプのプロセッサで使用することが可能であって、対称性と非対称性の巻線を含むコイルのさらなる実施形態の概略的な上面図である。図８のコイルは、図８のコイルにおける巻線２１０が図４と５のコイルの巻線１８２と置き換わっていることを除いて、図４と５のコイルと同様の形状である。図８の巻線２１０は中心点５０から左方向かつ上方向にシフトした中心点２１２を有する実質的に円形の巻線である。巻線２１０の半径は巻線４４と４８の半径の間にあり、約５−１／２インチであることが好ましい。したがって、巻線２１０の右側の部分２１６は巻線４４の右側に極めて近いが、巻線４８の右側から極めて遠く移動している。対照的に、巻線２１０の左側にある部分２１８は巻線４８の左側に極めて近く、巻線４４の左上部分から有意に間隔が開いている。巻線２１０の左側部分２１８と巻線４８の左側の間の間隔は通気を十分に阻止するものであるべきである。
【００６４】
本発明の複数の特定の実施形態を説明および例示してきたが、添付の特許請求項に規定したような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定して例示および説明した実施形態の詳細部で変形を為し得ることは明らかであろう。例えば、図８の円形の巻線１１０は、図３のプラズマ密度不均一性を低減するように配列される、巻線１１０の配置に類似した配置を有する楕円形の巻線または（隣りの巻線への接続のための開環を除いて）閉じた非対称構造を有する他の巻線で置き換えられることもあり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の改良型コイルを応用することのできる真空プラズマプロセッサの概略図である。
【図２】  前述したＨｏｌｌａｎｄらの特許に述べられたのと実質的に同じ形状を有するコイルの上面図である。
【図３】  図２のコイルを備えた図１のプロセッサで処理されたウェハのエッチング速度を示す上面図である。
【図４】  本発明の好ましい一実施形態による、２００ｍｍ直径のウェハを処理するのに使用するためのコイルの概略の上面図である。
【図５】  図４に図式的に描いたコイルの上面図である。
【図６】  図４と５のコイルを備えた図１のプロセッサで処理されたウェハのエッチング速度を示す上面図である。
【図７】  直径３００ｍｍのウェハを処理するときの図１のプロセッサで使用するためのコイルの上面図である。
【図８】  本発明によるコイルのまた別の実施形態の概略の上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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