(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁プレートを有するチャンバと、
前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、
前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第１導電プレートと、
前記周辺部に配置され、前記第１導電プレートに直列連結された第２導電プレートと、
前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第１導電プレートとを電気的に直列接続する第１導電ブリッジと、
前記第１導電プレートと前記第２導電プレートとを電気的に直列連結する第２導電ブリッジと、
前記第２導電プレートに連結された高周波電力供給装置と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
絶縁プレートを有するチャンバと、
前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、
前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第１導電プレートと、
前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第１導電プレートとを電気的に直列接続する第１導電ブリッジと、
前記第１導電プレートに連結された第１高周波電力供給装置と、
前記周辺部に配置された第２導電プレートと、
前記第２導電プレートに連結された第２高周波電力供給装置と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１導電プレート、前記第２導電プレート及び前記導電コイルから発生する電気場によって前記絶縁プレートの下部のポリマー残留物を除去することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１導電プレートから発生する、前記絶縁プレート下部の電気場は、前記中央空間部で大きく、前記導電コイルの前記周辺部で小さいことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電コイルと前記第１導電プレートは、同一な平面上に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１導電ブリッジは、前記第１導電プレートが形成される平面とは異なる平面に配置されて前記第１導電ブリッジの両端で前記第１導電プレートと前記導電コイルとに連結されることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１導電プレートは、前記導電コイルの一部と互いに重なるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
絶縁プレートを有するチャンバと、前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第１導電プレートと、前記周辺部に配置され、前記第１導電プレートに直列連結された第２導電プレートと、前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第１導電プレートとを電気的に直列接続する第１導電ブリッジと、前記第１導電プレートと前記第２導電プレートとを電気的に直列連結する第２導電ブリッジと、前記第２導電プレートに連結された高周波電力供給装置と、を含むプラズマ処理装置を提供する段階と、
前記チャンバ内にウェハを配置する段階と、
前記チャンバ内に気体を注入する段階と、
前記導電コイル、第１導電プレート及び第２導電プレートに高周波電力を供給することによって、前記チャンバ内にプラズマを励起させる段階と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
絶縁プレートを有するチャンバと、前記絶縁プレート上に位置し、複数の巻線を含む導電コイルであって、前記複数の巻線のうち一番内側に位置した巻線が中央空間部を定義するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置した巻線が周辺部を定義する導電コイルと、前記中央空間部に配置され、前記導電コイルに電気的に直列連結された第１導電プレートと、前記導電コイルを横切って前記導電コイルの周辺部と前記第１導電プレートとを電気的に直列接続する第１導電ブリッジと、前記第１導電プレートに連結された第１高周波電力供給装置と、前記周辺部に配置された第２導電プレートと、
前記第２導電プレートに連結された第２高周波電力供給装置と、を含むプラズマ処理装置を提供する段階と、
前記チャンバ内にウェハを配置する段階と、
前記チャンバ内に気体を注入する段階と、
前記導電コイル、第１導電プレート及び第２導電プレートに高周波電力を供給することによって、前記チャンバ内にプラズマを励起させる段階と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置に関するものであり、さらに具体的には、プラズマコイル（ｐｌａｓｍａ  ｃｏｉｌ）及びそれを含む処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置製造において、物理蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、反応性イオンエッチング、化学プラズマエッチング、及び物理的なスパッタリングはプラズマ処理のために多くの電位を使用する必要がある。一般に、自由電子、イオン、及び中性子を集中させるために気体、または気体混合物をイオン化させることによって、プラズマが生成される。従来のプラズマ生成装置の大部分は気体、または気体混合物の初期イオン化を誘導し、気体を電場に露出させることによって、連続的なグロー放電（ｇｌｏｗ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を維持する。一部の従来のプラズマ生成装置は電場を供給するためにＤＣダイオード構造を利用する。他の従来のプラズマ生成装置は導電コイルを通じて交流を通過させることによって、電場が生成される高周波ダイオード構造を利用する。いくつのシステムが低いＧＨｚから数ＭＨｚ以下までの範囲で動作するように開発されているが、一般に、電圧信号の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【０００３】
１３．５６ＭＨｚで動作する高周波システムを利用した従来のプラズマ装置は半導体ウェハが置かれる低圧チャンバを含む。低圧チャンバの上部には石英プラズマプレートまたはウィンドウが置かれる。石英ウィンドウ上には導電プラズマコイルが配置される。導電プラズマコイルは複数の外部巻線と中央に位置する下部巻線またはセグメントとを有する一つの巻線及び平坦コイルで構成される。中央に位置する下部巻線はコイルの中央に空間が存在するように配置される。プラズマコイルには高周波電力供給装置及びチューニング回路によって電力が供給され、チューニング回路はインピーダンス整合網及び共振周波数チューナーで構成される。コイルは整合回路に直列に連結される。このような点で、外部巻線のうちの一つと内部コイル下部セグメントとの間にはブリッジが設けられ、下部セグメント自体はチューニング回路に直列に連結される。
【０００４】
製造経験を通じて、従来のプラズマコイルが動作欠陥を有する事実が明らかになっている。フッ素が含まれた化学物を利用する装置が何時間か動作した後に、石英プレートの下側の全ての領域上にポリマー残留物が形成される。一部のプラズマコイルによって物理的に重畳されないプレートの下側の全領域上にポリマー残留物が形成されるが、ポリマー残留物はプラズマコイルの中央空間に対応するプレート部分より厚く、速く形成される。ポリマー残留物が石英プレートの中央に形成されるメカニズムは石英プレートの直径を横切るプラズマコイルによって生成される電場が大きく変化した結果である。特に、空いた空間にはさらに低い強度の電場が生じる。石英プレートの中央付近における電場の強度の減少はポリマー残留物の生成を防止、または遅延させるプラズマ処理過程の間の、石英プレートの下側との少ないイオン衝突による。
【０００５】
石英プレートの中央部分内のポリマー膜が生成されることによって、二つの致命的な副作用を防止できる。その副作用は、プラズマチャンバをよりよく掃除しなければならないことである。プラズマ装置を掃除するためには、プラズマ装置を停止させてチャンバを開け、チャンバ内にある多くの構成を掃除しなければならない。これは操作者の費用だけではなく、減少した製品の生産量と連関している。もう一方の副作用は、半導体加工品の潜在的な汚染と関連している。フッ素によるポリマー残留物の染みは連続的な半導体ウェハの処理過程の間、砕くことができる。所望しないポリマーのかけらが半導体装置の重要な回路構造上に落ちる可能性があり、収率及び性能問題を引き起こす。
【０００６】
フッ素によるポリマー残留物の集積問題によって、アルミニウム構造及び表面を有する工程チャンバを利用する工程がかなり難しい。アルミニウム−フッ素の残留物は化学的に反応せず、プラズマ掃除工程にとって妨害になる。したがって、ウェハなしにプラズマを掃除する従来の過程を通じては、例えば、アルミニウムフッ化物のような化学的に安定した化合物を十分に除去できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述した欠点のうちの一つ、またはそれ以上の影響を克服、または減らすことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一特徴によると、第１導電コイルと前記第１導電コイルに直列に連結された第１導電プレートとを含むプラズマコイルが提供される。
【０００９】
本発明の他の特徴によると、絶縁プレートを有するチャンバを含む処理装置が提供される。プラズマコイルは前記絶縁プレート上に位置し、第１導電コイル及び第１導電プレートを有する。第１導電プレートは前記第１導電コイルに直列に連結される。第１高周波電力供給装置が前記プラズマコイルに連結される。
【００１０】
本発明の他の特徴によると、複数の巻線を有する第１導電コイルを含むプラズマコイルが提供される。前記複数の巻線（ｗｉｎｄｉｎｇ）のうち一番内側に位置する巻線は中央空間部を形成するように終結し、前記複数の巻線のうち一番外側に位置する巻線は周辺部を形成する。第１導電プレートは前記中央空間部に位置し、前記第１導電コイルに直列に連結される。
【００１１】
本発明のまた他の特徴によると、絶縁プレートを有する工程チャンバに工程気体を注入する段階を含む製造方法が提供される。プラズマコイルは絶縁プレートの外部の表面に近接して配置される。プラズマコイルに高周波電力を供給することによって、工程チャンバ内でプラズマが励起される。絶縁プレートの内部の表面上に形成される残留物の設置空間が決められる。残留物の設置空間に近接した設置空間を有する導電プレートが形成される。導電プレートはプラズマコイルに直列に連結される。導電プレートは絶縁プレートの外部の表面に近接し、かつ残留物に隣接して配置される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１には、半導体加工品またはウェハ１２をプラズマ処理するのに適する本発明の望ましい実施形態によるプラズマ装置１０の断面図が示されている。プラズマ装置１０は半導体加工品１２が置かれる工程チャンバ１４を含む。チャンバ１４は一つ、またはそれ以上の入口及び排出口を通じて多様な処理気体がチャンバ１４に満たされるか、提供される。図１には入口及び排出口のうち二つのみが１６及び１８に各々表記されている。半導体加工品１２はチャック２０上に置かれ、チャック２０は静電チャックまたはより一般的な機械式チャックである。チャック２０は接地２２に、または高周波電力供給装置２４に連結され、またはスイッチ２６によって図示されたように、バイアスされないようにすることもできる。プラズマコイル２８にはチャンバ１４内のプラズマを叩くための励起エネルギー（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ）が供給される。プラズマコイル２８はブリッジ３４を通じて導電プレート３２に直列に連結された導電コイル３０から構成される。コイル２８はチューニング回路３８に供給される高周波電力供給装置３６に連結され、チューニング回路３８は高周波電力供給装置３６の動作周波数で共振するために効率的な電力伝達だけではなく、周波数チューニングのためのインピーダンス整合を提供するように動作する。高周波電力供給装置３６はよく知られた高周波または超高周波で多様に動作する。望ましい実施形態において、電力供給装置３６は１３．５６ＭＨｚで動作する。
【００１４】
プラズマコイル２８とチャンバ１４とは絶縁ウィンドウまたはプレート４０によって分離されている。絶縁プレート４０は、例えば、石英のように、よく知られた絶縁物質、サファイアのようによく知られたセラミック、多様なプラスチックまたはそのようなもので構成することができる。
【００１５】
図２、図３、及び図４を通じてプラズマコイル２８の詳細な構造を理解することができる。図２は本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルを示す図面であり、図３は図２に示した本発明のプラズマコイルの平面図であり、図４は実線４−４に沿って切断した図３のプラズマコイルの断面図である。コイル２８は図示の便宜上、図示しない支持構造によって絶縁プレート４０上につながれている。コイル２８とプレート４０との間の間隔は設計裁量の問題である。この実施形態において、コイル２８とプレート４０との間の間隔は数ｍｍから数ｃｍ程度である。コイル２８は複数のループまたは巻線を有する導電コイル３０で構成される。一番外側に位置するコイルは周辺部４１ａを形成し、一番内側に位置するコイルは中央空間部４１ｂを形成するように終結している。
【００１６】
導電コイル３０は導電ブリッジ３４によって導電プレート３２に直列に連結される。チューニング回路３８での電気的な連結は導電コイル３０、導電プレート３２の端子４２、４４によって行われる。端子４２、４４に関連した記号は端子４２、４４の極性が高周波電力供給装置３６の周波数に従って変わることで任意に決められる。
【００１７】
図３に示したように、導電プレート３２には選択された設置空間が提供される。設置空間はコイル２８がアクティブな時に発生する電場の強度が導電プレート３２に隣接した領域４６で増加するように選択される。前記領域４６は導電プレート３２のような設置空間を有する。絶縁プレート４０の下部にある表面５０の領域４８に隣接した電場の強度は以下、さらに詳細に説明するように従来のプラズマコイルによるものよりさらに大きい。導電プレート３２は中央空間部４１ｂ内に置かれる。必要であれば、導電プレート３２及びコイル３０は真ん中に配置することができる。
【００１８】
導電プレート３２の設置空間の選択は図５及び図６に示した典型的な従来の単一の巻線平坦コイル５２の設計及び動作を考慮することによって理解できる。図５は従来の絶縁プレート５４上に位置する従来のプラズマコイル５２の平面図を示す。従来のコイル５２の外側の部分またはセグメント５６と内側の部分またはセグメント５８から構成されることに注目されたい。内側の部分またはセグメント５８は導電ブリッジ６０によって外側の部分５６に連結される。典型的な従来の中央コイル部分５８は切れたコイル巻線（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ  ｃｏｉｌ  ｔｕｒｎ）である。中央部５８で表示された小さい設置空間はコイル５２の中央の部分に物理的な空いた空間６１を作る。
【００１９】
コイル５２のようなプラズマコイルを利用した従来の装置から得られた製造経験によると、従来のコイル５２の中央にある中央空間６１は電場の強度が減少した領域６２になる、ということが示されている。このような低い強度の領域６２の結果が図６に示しており、図６には点線で示した従来のコイル５２を有する絶縁プレート５４の底面図が示している。図５で示した低い強度の領域６２の結果として、図示したように、相当量のポリマー残留物６４がプレート５４の底に形成される。ポリマー残留物６４の設置空間は大略的に低い強度の領域６２の設置空間に相応する。ポリマー残留物６４の構成物は使用された工程気体の種類と工程チャンバ１４内の構造及び表面の構成とに依存する。例えば、内部アルミニウム構造及び表面を有する工程チャンバ内の気体を処理するのにフッ素及び塩素化合物がたまに使用される。そのような条件はアルミニウム−フッ素及びアルミニウム−塩素化合物の残留物の生成を招来する。このような種類の化合物は残留物６４を作る潜在的な二種類の化合物を示す。他の場合のように、この場合にも、アルミニウム−フッ素ポリマー化合物を除去し難しい。
【００２０】
図３に示したプラズマコイルの例は図５及び図６に示した従来のコイル設計と関連した難しさを克服するために設計された。低い強度の領域６２を除去するためには、図５に示した従来の内部コイルセグメント５８は導電プレート３２に有利となるように除去された。コイル２８の付近に、特にコイル２８の中央に伝達される電場の強度をかなり増加させる設置空間が導電プレート３２に提供される。絶縁プレート４０の底のイオン衝撃が向上し、図６に示した残留物６４のようなポリマー残留物の形成が遅くなる。
【００２１】
先の図示例で、導電プレート３２は導電コイル３０の多くの巻線内の中央に位置する。しかし、他の配置は本発明の思想及び範囲内に含まれる。図７は他の実施形態の平面図を示す。この実施形態において、１２８で表記されたプラズマコイルは導電コイル１３０を含み、導電コイル１３０は導体１３３によってここの他のところで説明した形態の導電プレート１３２に直列に連結される。導電コイル１３０の周辺部１４１ａの外部には導電プレート１３５が追加的に置かれている。高周波電力供給装置１３６はここの他のところで説明した形態のチューニング回路１３８を通じて端子１４２に連結されている。導電プレート１３２、１３５は導体１４５を通じて直列に連結されている。このような配列は向上した磁場または電場が絶縁プレート１４０の領域１４７で要求される環境が考慮されれば、有利である。
【００２２】
図７のような平面図である図８を参照することによって、また他の実施形態が理解され得る。この実施形態において、複数の導電プレートが図７に示した実施形態のように提供される。しかし、この実施形態において、高周波電力供給装置２３６ａ、２３６ｂが個別に提供される。電力供給装置２３６ａはチューニング回路２３８ａを通じて導電プレート２３５に連結される。電力供給装置２３６ｂは図７の実施形態と連係して先に説明したように各端子２４２、２４４を通じて導電プレート２３２及び導電コイル２３０に連結される。他の実施形態では、高周波電力供給装置２３６ａ、２３６ｂに各々連結されたチューニング回路２３８ａ、２３８ｂによってインピーダンス整合及び回路チューニングが提供される。このような配置は絶縁プレート２４０の特定領域が残留物の形成の影響を特に受け易い環境において有利であり、したがって、導電プレートのうちの一つまたは他方（２３２または２３５）の専用高周波電力供給装置は必要なレベルの電場の強度を提供することが望ましい。
【００２３】
図９は本発明による３２８で表記されたプラズマコイルの他の実施形態の表面図を示す。この実施形態において、プラズマコイル３２８は導電プレート３３２に直列に連結された導電コイル３３０を含む。直列連結は導体３３４を通じて行われる。この実施形態において、導電プレート３３２は導電コイル３３０の下部に、すなわち、導電コイル３３０と下部の絶縁プレート３４０との間に置かれる。このような配列は導電プレート３３２の設置空間の選択時に、より多くの融通性を提供する。導電コイル３３０の一部分と導電プレート３３２の設置空間との間の重畳と関連してトレード−オフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）が存在する。
【００２４】
先の実施形態において、一つまたはそれ以上の導電プレートに直列に連結された導電コイルとして、単一の巻線コイルが使用される。しかし、重畳、または複数のコイルの配列が考慮され得る。そのような選択的な配列が図１０に示されている。図１０はまた他の実施形態による４２８で表記された、プラズマコイル４２８は導電プレート４３２と導電ブリッジまたはワイヤ４３３によって直列に連結された一対の重畳されたコイル４３０ａ、４３０ｂとを含む。コイル４３０ａ、４３０ｂは先に説明したように、絶縁プレート４４０上に置かれる。外部高周波電力供給装置（図示せず）との連結は端子４４２ａ、４４２ｂによって行われる。導電プレート４３２はここの他のところで説明したように構成される。
【００２５】
先の実施形態のうちのいずれかにある導電プレートは導電物質で構成される。例えば、例示的な物質は、銅、白金、金、ステンレス鋼、これらの合金、または同様の物質を含む。薄膜構造も可能である。例示的な実施形態において、プレート３２、１３２、２３２、３３２または４３２は銀がコーティングされた銅で構成される。例示的な実施形態において、導電プレート３２、１３２、２３２、３３２または４３２は図１１及び図１２に示したような形を有するように構成される。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように、この分野に熟練した者はここに開示した多様な実施形態がプラズマコイルからの向上した電場の伝達のために提供されることがよく分かる。さらに均一な電場は結局、コイルに隣接して配置されるプラズマチャンバウィンドウの選択された領域のより向上したイオン衝突を発生させる。チャンバウィンドウ上の残留物の形成は遅くなり、結果的にチャンバ掃除の平均時間が長くなり、砕けた残留物のかけら及びウェハの表面上に置かれることによって生じるウェハ汚染の機能性が減る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の望ましい実施形態によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】  本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルを示す図面である。
【図３】  図２に示した本発明のプラズマコイルの平面図である。
【図４】  実線４−４に沿って切断した図３のプラズマコイルの断面図である。
【図５】  従来の技術によるプラズマコイル及び絶縁体ウィンドウの平面図である。
【図６】  図５のプラズマコイル及び絶縁体ウィンドウの底面図である。
【図７】  本発明の望ましい実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図８】  本発明の他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図９】  本発明のまた他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図１０】  本発明のまた他の実施形態によるプラズマコイルの平面図である。
【図１１】  本発明の望ましい実施形態による導電プレートの形を示す平面図である。
【図１２】  実線Ａ−Ａに沿って切断した図１１の導電プレートの断面図である。
【符号の説明】
１０      プラズマ装置
１４      工程チャンバ
２０      チャック
２４，３６，１３６，２３６ａ，２３６ｂ      高周波電力供給装置
２６      スイッチ
２８，５２，３２８，４２８      プラズマコイル
３０，１３０，２３０，３３０      導電コイル
３２，１３２，１３５，２３２，２３５，３３２，４３２      導電プレート
４０，５４，１４０，２４０，３４０，４４０      絶縁プレート
３８，１３８，２３８ａ，２３８ｂ      チューニング回路
【図１】
0004445194.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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