(57)【要約】【課題】窓を通してプロセスチャンバ内で電界を生成するアンテナ構成を提供する。【解決手段】一般に、このアンテナ構成は、アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループを備え、内側ループターンは、それぞれの方位角方向において第１外側ループターンよりもアンテナ軸により近く、このアンテナ構成は外側ループを内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタを備え、半径方向コネクタは窓から大きな距離をあけて配置される。
2006518915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓を通してプロセスチャンバ内で電界を生成するアンテナ構成であって、
アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループであって、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および
前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタであって、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される
アンテナ構成。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構成であって、前記第１外側ループターンは第１平面を定義し、前記第１内側ループターンは第２平面を定義し、前記外側ループから伸びる第１レッグ、および前記内側ループから伸びる第２レッグをさらに備え、前記半径方向コネクタは、前記第１レッグおよび前記第２レッグ間を接続するアンテナ構成。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ構成であって、前記第１レッグは前記第１平面に実質的に垂直で前記外側ループに隣接し、前記第２レッグは前記第２平面に実質的に垂直で前記内側ループに隣接するアンテナ構成。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナ構成であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍であるアンテナ構成。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループは前記外側ループと同軸であり、かつ同一平面上であるアンテナ構成。
【請求項６】
請求項５に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループの間にそれらの間でのアークを除去するための誘電体媒体をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項７】
請求項５に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループは、前記アンテナ構成を通して伝送されるエネルギーの波長より小さい結合長を有するアンテナ構成。
【請求項８】
請求項５に記載のアンテナ構成であって、前記外側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２外側ループターンをさらに備え、前記内側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２内側ループターンをさらに備えるアンテナ構成。
【請求項９】
請求項８に記載のアンテナ構成であって、前記第２外側ループターンは、前記第１外側ループターンの上に配置され、前記第２内側ループターンは、前記第１内側ループターンの上に配置され、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンは、前記第２外側ループターンおよび前記第２内側ループターンの端子電圧を実効的に遮蔽するアンテナ構成。
【請求項１０】
請求項８に記載のアンテナ構成であって、第１外側ループターン、第２外側ループターン、第１内側ループターン、および第２内側ループターンの間に配置されたそれらの間でのアークを除去する誘電体媒体をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１１】
請求項５に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループに結合されたＲＦ電力源をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび外側ループは協働して、前記ＲＦ電力源によって発生されたＲＦエネルギーで、方位角方向に対称な電界をプロセスチャンバに形成し、前記方位角方向に対称な電界は、実質的に方位角方向に対称なプラズマを形成し、これが実質的に均一なプロセスレートを前記プロセスチャンバの内部に置かれた基板の表面にわたって実現するアンテナ構成。
【請求項１３】
請求項５に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループに電気的に接続された第１リードおよび前記外側ループに電気的に接続された第２リードをさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１４】
請求項１に記載のアンテナ構成であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍であるアンテナ構成。
【請求項１５】
請求項１に記載のアンテナ構成であって、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンのうちの少なくとも１つは完全な切り欠きの付けられたターンであるアンテナ構成。
【請求項１６】
請求項１５に記載のアンテナ構成であって、前記第２外側ループターンおよび第２内側ループターンのうちの少なくとも１つは方位角方向のギャップを有し、半径方向距離だけ前記アンテナ軸から離れ、前記方位角方向のギャップに架かる部分ターンをさらに備え、前記部分ターンは前記アンテナ軸から、前記方位角方向のギャップが前記アンテナ軸から離れている半径方向の距離に等しい半径方向の距離にあるアンテナ構成。
【請求項１７】
基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理のためにプラズマが点火および維持されるプロセスチャンバ、
前記プロセスチャンバへＲＦエネルギーが透過することを可能にするよう構成される前記プロセスチャンバの側面を形成する窓、および
前記窓に隣接し、ＲＦエネルギーを介して前記プロセスチャンバ内に電界を作るよう構成されたマルチレイヤアンテナであって、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループであって、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および
前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタであって、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される
を備えるマルチレイヤアンテナ
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプラズマ処理装置であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍であるプラズマ処理装置。
【請求項１９】
アンテナを形成するターンであって、
アンテナ軸の周りに形成されたターンを備え、第１端および第２端を持つ完全な、切り欠きの付けられたターンであって、前記第１端は第１カンチレバー部を形成するよう切り欠きが付けられ、前記第２端は第２カンチレバー部を形成するよう切り欠きが付けられ、
前記第１カンチレバー部に接続された第１電気的コネクタ、および
前記第２カンチレバー部に接続された第２電気的コネクタ
を備え、前記第１電気的コネクタおよび前記第２電気的コネクタは、共通の半径に沿って前記アンテナ軸を通って位置する
ターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ製造で用いられる半導体基板、またはフラットパネルディスプレイの応用例で用いられるガラスパネルのような基板を処理する装置および方法に関する。より具体的には本発明は、基板表面にわたって高度な処理の均一さで基板を処理できる改良されたプラズマ処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理システムができて久しい。何年にもわたり、誘導結合されたプラズマ源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、容量性ソースなどを利用するプラズマ処理システムが、半導体基板およびガラスパネルを処理するために導入され、さまざまな割合で用いられてきた。
【０００３】
処理中、複数の堆積および／またはエッチングステップが典型的に利用される。堆積中、材料は基板表面（ガラスパネルまたはウェーハの表面など）の上に堆積される。例えばさまざまな形態のシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属のような堆積された層が基板上に形成されえる。逆に、エッチングは、基板表面上の予め決められた領域から選択的に材料を除去するために利用されえる。例えば、バイア、コンタクト、またはトレンチのようなエッチングされた特徴が基板の層中に形成されえる。
【０００４】
プラズマ処理のある具体的な方法は、誘導性ソースを用いてプラズマを生成する。図１は、プラズマ処理に用いられる従来技術によるプラズマ処理リアクタ１００を示す。典型的な誘導性プラズマ処理リアクタは、誘電体窓１０６上に配置されたアンテナまたは誘導コイル１０４を持つチャンバ１０２を含む。典型的にはアンテナ１０４は、第１ＲＦ電力源１０８に動作可能に結合される。さらにガスソース材料、例えばエッチャントソースガスを、誘電体窓１０６および基板１１２間のＲＦで誘導されたプラズマ領域に放出するように構成されたガスポート１１０がチャンバ１０２内に設けられる。基板１１２は、チャンバ１０２内に導入され、チャック１１４上に配置され、このチャックは一般に電極として働き、第２ＲＦ電力源１１６に動作可能に結合される。
【０００５】
プラズマを発生するために、処理ガスがガスポート１１０を通してチャンバ１０２内に入れられる。それから第１ＲＦ電力源１０８を用いて電力が誘導コイル１０４に供給される。供給されたＲＦエネルギーは、誘電体窓１０６を通して結合し、大きな電界をチャンバ１０２内に誘導する。より具体的には、電界に応じて、回転電流がチャンバ１０２内に誘導される。電界は、チャンバ内に存在する少数の電子を加速し、それらを処理ガスのガス分子と衝突させる。これらの衝突により、イオン化および放電つまりプラズマ１１８の開始に至る。この技術分野でよく知られるように、処理ガスの中性ガス分子は、これらの強い電界に曝されるとき、電子を失い、あとに正に帯電したイオンを残す。その結果、正に帯電したイオン、負に帯電した電子、および中性ガス分子（および／または原子）がプラズマ１１８内に含まれる。自由電子の生成速度がその消失速度を超えると、プラズマが点火する。
【０００６】
いったんプラズマが形成されると、プラズマ内の中性ガス分子は、基板表面に向かって導かれる傾向がある。例を挙げれば、基板における中性ガス分子の存在に寄与するメカニズムの一つは、拡散である（すなわちチャンバ内での分子のランダムな動きである）。よって、中性種の層（例えば中性ガス分子）は典型的には基板１１２の表面に沿って見られる。対応して、底部電極１１４に電源が入ると、イオンは基板に向かって加速し、基板において中性種と共にエッチング反応を活性化する。
【０００７】
上述のような誘導性プラズマシステムに見受けられる一つの問題は、基板全体にわたってのエッチングパフォーマンスのバラツキ、例えば、不均一なエッチング速度である。すなわち、基板のある領域が、他の領域と異なるようにエッチングされる。その結果、集積回路に関連するパラメータ、すなわち微小寸法、アスペクト比などを制御するのが非常に困難である。さらに不均一なエッチング速度は、半導体回路のデバイス欠陥に結びつき、これは製造者にとってはより高いコストにつながる。さらに全体的なエッチング速度、エッチングプロファイル、マイクロローディング、選択性など、他の心配の種も存在する。
【０００８】
近年において、これら不均一なエッチング速度は、基板の表面にわたるプラズマ密度のバラツキの結果、すなわち反応種（例えば正に帯電したイオン）が多かったり少なかったりする領域群を持つプラズマの結果であるとわかってきた。理論に拘束されたくないと願う反面で、プラズマ密度のバラツキは、電力結合、例えば、アンテナ、誘電体窓、および／またはプラズマの電力伝送特性に見いだされる非対称性によって作られると信じられている。もし電力結合が非対称であれば、誘導された電界の循環電流も非対称で、よってイオン化およびプラズマ開始も非対称であるというロジックが成り立つ。その結果、プラズマ密度のバラツキが見いだされる。例えば、ある種のアンテナ構成は、コイルの中心において強く、コイルの外周において弱い電流を誘導する。それに対応して、プラズマは、プロセスチャンバの中心に向かって集中する傾向がある（プラズマ１１８によって図１で示されるように）。
【０００９】
非対称電力結合を克服する標準的な手法は、非対称性を補償または平衡することである。例えば、弱い電流領域における電流密度を増すために平面アンテナの対を用いること、異なる半径においてより多くの円形ループを形成するようにスパイラルアンテナに半径方向の部材を付加すること、誘電体窓の厚さを変化させて強電流領域の電流密度を低下させることがある。しかしこれらの平衡技術は、方位角については対称的な電力結合を提供しにくい。すなわちこれらは依然として、プラズマのバラツキに結びつく方位角についてのバラツキを持つ傾向があり、エッチングの均一性を得るのを困難にしている。
【００１０】
さらに今日用いられるたいていのアンテナ構成は、ある程度の容量性結合をアンテナおよびプラズマ間に形成する。容量性結合は、アンテナおよびプラズマ間の電圧降下によって発生する。電圧降下は、典型的には、誘電体窓において、またはその近傍でシース電圧を発生する。たいていの場合、シース電圧は底部電極（電力が供給された）のようにふるまう傾向がある。すなわちプラズマのイオンは、シースを横切って加速され、よって負に帯電された結合窓に向かって加速する。その結果、加速されるイオンは、結合窓の表面に衝突する傾向にある。
【００１１】
これらの衝突イオンは、基板上に対してと実質的に同じ影響を結合窓に対して持つ。すなわちそれらは、結合窓表面上に材料をエッチングまたは堆積する。これは、不要な、および／または予測不能な結果を招きえる。例えば、堆積した材料は、結合窓上に積もり、有害な粒子源になりえ、特に材料が基板表面上に剥がれ落ちるときにはそうである。結合窓から材料を除去するのも同じ影響がある。結局、厚さの増加または減少は、例えば、電力結合の電力伝送特性（例えばアンテナ、誘電体窓、プラズマ）において処理のバラツキを招く。前述のように、処理のバラツキは不均一な処理に結びつき、半導体回路中のデバイス欠陥につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のことを鑑みて、基板表面において均一な処理を行う改良された方法および装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ある実施形態においては、窓を通してプロセスチャンバ内で電界を生成するアンテナ構成に関する。一般に、このアンテナ構成は、アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループを備え、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタを備え、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される。
【００１４】
本発明は、他の実施形態においては、基板を処理するプラズマ処理装置に関する。一般に、プロセスチャンバは、前記処理のためにプラズマが点火および維持されるよう提供される。窓は、前記プロセスチャンバへＲＦエネルギーが透過することを可能にするよう前記プロセスチャンバの側面を形成する。マルチレイヤアンテナは前記窓に隣接し、ＲＦエネルギーを介して前記プロセスチャンバ内に電界を作るよう構成される。マルチレイヤアンテナは、前記アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループを備え、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタを備え、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付の図面中の図において限定としてではなく、例示によって示され、これら図面においては同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００１６】
本発明は、以下にいくつかの実施形態を参照し添付の図面に示されるように詳細に説明される。以下の説明において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明の完全な理解を促すためである。しかり当業者には、本発明はこれらの具体的な詳細の一部または全てなしでも実施しえることが自明であろう。あるいは、よく知られたプロセスステップは、本発明を不必要にぼかさないために詳細には説明されていない。
【００１７】
基板を処理するとき、プロセスエンジニアが改善しようと努力する最も重要なパラメータのうちの一つは、プロセス均一性である。ここでこの語が用いられるように、エッチング均一性は、基板表面にわたるエッチングプロセス全体の均一性をいい、エッチング速度、マイクロローディング、マスク選択比、アンダーレイヤ選択比、微小寸法制御、および側壁角および粗さのようなプロファイル特性が含まれる。例えばもしエッチングが非常に均一であれば、基板上の異なる点でのエッチング速度は実質的に同じであると期待される。この場合、基板のある領域が程度を過ぎた過度のエッチングをされ、他の領域が不十分にエッチングされるということは起こりにくい。
【００１８】
本発明は、均一なエッチングを行うことができる基板を処理するプラズマ処理システムを提供する。プラズマ処理システムは、ＲＦ電力源およびプロセスチャンバを含む。プラズマ処理システムはさらに、ＲＦ電力源に動作可能に結合された実質的に円形のアンテナを含み、このアンテナは、基板が処理のためにプロセスチャンバ内に配置されるとき、基板によって定義される平面上に配置される。実質的に円形なアンテナは、ＲＦ電力源によって生成されたＲＦエネルギーでプロセスチャンバ内に電界を誘導するように構成される。実質的に円形のアンテナは、同心円ループ群の少なくとも一つの第１ペアを第１平面内に有する。第２平面内の同心円ループ群の第２ペアは、同心円ループ群の第１ペアと関連付けて配置される。同心円ループの第１ペアおよび同心円ループの第２ペアは、実質的に同一で、互いに共通の軸に沿って対称的にアラインされている。全てのループ内で同じ方向に電流を駆動するのに必要とされるそれぞれのループ内の同心円ターン間の半径方向の接続は、窓および同心円ループから大きな距離を置かれている。好ましくは半径方向コネクタは、窓から遠く離れて配置され、反対の電流を与えて結果として生じる電界をいくらか打ち消すように互いに近くに配置される。
【００１９】
プラズマ処理システムはさらに、アンテナおよびプロセスチャンバ間に配置された結合窓を含む。結合窓は、ＲＦエネルギーがアンテナからプロセスチャンバ内部へ透過することを可能にする。さらに結合窓は、第１レイヤおよび第２レイヤを持つ。第２レイヤは、結合窓を通して通る電圧の少なくとも一部を吸収することによって窓およびプラズマ間に形成される電圧降下を低減させるように構成される。実質的に円形のアンテナおよびこの結合窓は協働して、実質的に均一なプロセス速度を基板表面にわたって実現するプロセスチャンバ内において、方位角について対称な（azimuthally symmetric）プラズマを形成するように構成される。
【００２０】
本発明のある局面によれば、基板表面にわたるプロセス均一性は、均一なプラズマを作るよう構成された改良されたアンテナ構成を提供することによって達成される。前述のように、電力がアンテナに供給されて電界が誘導され、その結果、プロセスチャンバ内に循環電流が誘導される。対応して、電界は、プロセスチャンバ内の電子を加速し、電子が処理ガスのガス分子と衝突するようにし、その結果、処理ガスはプラズマをイオン化し開始させる。
【００２１】
プラズマの発生に続いて、電力が下部電極に供給され、イオンが基板に向かって加速される。基板表面の加速されたイオンおよび中性反応種は、基板表面上に置かれた材料と反応し、よって基板を処理する。一般にプラズマの密度が基板のある領域で大きいとき、不均一な処理速度が引き起こされる。したがって改良されたアンテナ構成は、方位角について対称な電界を誘導することによってこれらのプラズマのバラツキを低減し、よってより均一な処理速度を実現する。
【００２２】
本発明は、以下のルールを最も良く満足するように構築されたアンテナを提供する。すなわち、１）それぞれのターン中の全ての欠けている方位角電流を、その欠けているセグメントまたはギャップになるべく近接して配置された方位角電流で補償する。２）全ての非方位角電流を、なるべく近接して配置された逆電流で補償する。３）非方位角非対称電流成分を、それらが近くで補償されるにしても、その個別の磁束が窓から遠ざかるように保持する。
【００２３】
ある実施形態において、改良されたアンテナは、方位角について対称な循環電流を発生するように構成される。理論には拘束されたくないと願う反面で、誘導された電界に応じて、電力結合の伝送線路特性は、方位角についてのバラツキを循環電流に生じると信じられている。これらの伝送線路特性は、アンテナ長に沿って高電圧および低電圧の変動する領域を形成する定在波を発生し、その結果、高電流密度および低電流密度の変動する領域を誘導された電界中に形成する。すなわち電圧が高いときには電流は低く、電圧が低いときには電流は高い。当業者によく知られるように、プラズマへの電力注入は、電流密度に依存する。例えば、電流密度が高いところではプラズマ密度は高い傾向にあり、電流密度が低いところではプラズマ密度は低い傾向にある。したがって方位角について非対称なプラズマは典型的には、電流密度が高電流および低電流の変動領域を持つときに発生する。
【００２４】
より具体的には、ＲＦエネルギーの波長がアンテナ長よりも小さいとき、より多くの節が定在波パターンに現れる。一般に、定在波は以下の方程式によって支配され、アンテナの電気長＝１／２（波長）×ｎであり、ここでｎ＝節の数である。たいていのアンテナ構成は、約１  １／２から約２  １／２波長の長さであり、その結果、３個から５個の節を生じる。これらの節は、上述の低電圧に対応する。
【００２５】
改良されたアンテナは、伝送線路としてよりも電力配送システム中の集中回路要素として振る舞うように構成されることによってこの欠点を克服する。すなわち、改良されたアンテナは、動作周波数におけるＲＦエネルギーの波長よりも小さい見かけの長さを持つように構成される。その結果、節の数は減少され、よって誘導された電流の方位角についてのバラツキが実質的になくなり、伝送線路のアナロジーがもはや成立しない。
【００２６】
ある実施形態において、改良されたアンテナ構成は、シングルターンアンテナのように振る舞うマルチターンアンテナである。マルチターンアンテナは、複数のループを含む実質的に単一の伝導エレメントであり、これらのループは、近接して巻かれ、互いにスタックにされる。近接して巻き、ループ群を一緒にスタックにすることによって、アンテナの全体のサイズ（例えば外周）は、誘導される循環電流の強度に影響することなく、小さく作ることができる。さらにアンテナのサイズを小さくすることによって、アンテナの全体の長さが小さくでき、その結果、アンテナの伝送線路的な特性を低減する。さらにループ群が互いに近接して配置されるので、ターン間で見られる放射のバラツキは、典型的には低減される。対応して、改良されたアンテナ構成は、方位角について対称である循環電流を効果的に誘導する。したがって方位角について対称である循環電流は、方位角について対称であるプラズマを形成する傾向にあり、その結果、そのようなプラズマは基板表面において均一なプラズマ処理を実現する傾向にある。
【００２７】
マルチターンスタックアンテナ構成の他の局面は自己遮蔽特性であり、すなわちプラズマは窓に隣接するターン群によってアンテナ端子電圧から遮蔽される。これにより容量性結合および後で起こる窓のエロージョンが大きく減少するが、これらについては以下に詳述する。
【００２８】
本発明の他の局面によれば、改良された結合窓は、アンテナおよびプラズマ間で起こる容量性結合を低減するように構成される。たいていの電力結合構成（例えばアンテナ、結合窓、および電力）は、アンテナおよびプラズマ間である程度の容量結合を生む。容量結合は、アンテナおよびプラズマ間に起こる電圧降下によって作られる。この電圧降下は典型的には結合窓近傍にシース電圧を発生する。当業者にはよく知られるようにシース電圧はさらなるバラツキをプラズマに生じえる。例えばシース電圧は、プラズマを窓から引き離し、容量結合係数の低減を招く。さらにシース電圧は、イオンの結合窓への衝突によって大きな粒子汚染を作りえる。さらに窓のイオン衝突によって消費されるいくらかの電力は、プラズマ発生には典型的には利用不可能であり、それに応じて与えられた電力当たりのプラズマ密度を低下させる。
【００２９】
アンテナおよびプラズマ間の容量結合を低下させるために、改良された結合窓は、一緒に配置される誘電体層および遮蔽層を含むように構成される。プロセスチャンバ内に配置される層である遮蔽層は、電圧を結合窓の表面から遠ざけるように導く静電遮蔽として働くよう好ましくは構成される。遮蔽層は、プラズマとの容量結合を実質的に抑圧する。さらに遮蔽層は、容量性（静電、電位の勾配）電界を除去しつつ、一方で、誘導性（ｃｕｒｌＢ、ｇｒａｄＦ＝０のタイプ）電界を実質的に変化させないよう構成される。すなわち、結合窓は、結合窓を通しての直接的容量結合を阻止しつつ、一方で、アンテナが誘導的にプラズマを形成することを許すよう（遮蔽層に実質的な損失を与えず）構成される。
【００３０】
より具体的には、遮蔽層は、電気的に絶縁され、伝導性または半伝導性材料から形成される。したがってアンテナおよびプラズマ間でふつう起こる電圧降下は、こんどはアンテナおよび遮蔽層間で起こる。したがって結合窓の表面近傍のシース電圧は、実質的に低減され、その結果、誘導結合係数を増し、結合窓のイオン衝突による電力損失を低減する。
【００３１】
さらに、グラウンドされていない静電遮蔽は、均一な静電界を作り、遮蔽の領域にわたる静電界の変化だけを遮蔽する。この最後の特徴は、プラズマの衝撃を促進するのに用いられえる。さらにこの遮蔽層は、プロセスチャンバの内部に露出されているので、好ましくはプラズマ処理の温度的、化学的、および物理的影響に耐える材料から形成される。
【００３２】
本発明の特徴および効果は、図および以下の議論を参照してよりよく理解されよう。
【００３３】
図２は、本発明のある実施形態によるプラズマ処理システム２００を示し、これは、基板２０６を処理するためにその中でプラズマ２０４が点火され維持されるプロセスチャンバ２０２を含む。基板２０６は、処理されるべきワークピースを表し、これは例えば、エッチングされたり、堆積されたり、または他の方法で処理されたりするべき半導体基板、またはフラットパネルディスプレイに処理されるべきガラスパネルでありえる。さらにプロセスチャンバ２０２は、好ましくは実質的に円筒の形状であるよう構成され、実質的に鉛直なチャンバ壁２０８を持つ。しかし本発明は上述のものに限定されず、プロセスチャンバのさまざまな構成が用いられえることに注意されたい。
【００３４】
プラズマ処理システム２００はさらに、アンテナ構成２１０および結合窓構成２１２を含み、これらは電力をプラズマ２０４に結合するよう構成される。アンテナ構成２１０は、アンテナ構成２１０に約０．４ＭＨｚから約５０ＭＨｚの範囲の周波数を持つＲＦエネルギーを供給するよう構成される第１ＲＦ電源２１４に結合される。結合窓２１２は、アンテナ構成２１０からの第１ＲＦエネルギーがプロセスチャンバの内部に透過することを可能にする。好ましくは結合窓２１２は、基板２０６およびアンテナ構成２１０の間に配置される。
【００３５】
さらにアンテナ構成２１０は、プラズマ２０４の形成を促進するために結合窓に充分に近くなければならない。すなわち、アンテナ構成が結合窓により近いほど、チャンバ内で発生する電流の強度がより強くなる。さらにアンテナ構成２１０は、好ましくはプロセスチャンバ２０２および基板２０６と同軸上に構成される。アンテナ構成の対称的な配置は、基板表面にわたってプラズマの均一性を高めるが、全てのプロセスに必要とされるわけではないことが理解されるべきである。アンテナ構成２１０および結合窓２１２は、以下により詳細に説明される。
【００３６】
ガス注入器２１５が典型的にはチャンバ２０２内に備えられる。ガス注入器２１５は好ましくはチャンバ２０２の内側周囲の周りに配置され、ガス源材料、例えばエッチング剤材料ガスを結合窓２１２および基板２０６の間のＲＦ誘導されたプラズマ領域に放出するように構成される。あるいはガス源材料はまた、チャンバそのものの壁に組み込まれたポートから、または誘電体窓内に構成されたシャワーヘッドを通して放出されえる。ガスの対称的な分布は、基板表面にわたるプラズマの均一性を向上しえるが、全てのプロセスについて必要とされるわけではないことを理解されたい。例示的なプラズマ処理システムで用いられえるガス分配システムの例は、「PLASMA PROCESSING SYSTEM WITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL」と題された１９９９年１１月１５日に出願された米国特許出願第０９／４７０，２３６号においてより詳細に記載され、ここで参照によって援用される。
【００３７】
たいていの場合、基板２０６はチャンバ２０２内に導入され、チャック２１６上に配置され、このチャックは処理中に基板を保持するように構成される。チャック２１６は、例えば、ＥＳＣ（静電）チャックを表し、これは基板２０６を静電力でチャックの表面に固定する。典型的にはチャック２１６は、底部電極として働き、好ましくは第２ＲＦ電源２１８によってバイアスされる。さらにチャック２１６は、好ましくは実質的に円筒の形状に構成され、プロセスチャンバおよびチャックが円筒状に対称的であるようにプロセスチャンバ２０２と同軸上にアラインされる。チャック２１６はまた、基板２０６をローディングしたりアンローディングしたりする第１位置（不図示）、および基板を処理する第２位置（不図示）の間を動くように構成されえる。
【００３８】
また図２を参照して、排気ポート２２０がチャンバ壁２０２およびチャック２１６の間に配置される。しかし排気ポートの実際の配置は、それぞれのプラズマ処理システムの特定の設計に基づいて変わりえる。しかし高度な均一性が非常に重要な場合においては、円筒状に対称的な排気ポートがかなり有益となりえる。好ましくは排気ポート２２０は、処理中に形成された副生成ガスを排気するように構成される。さらに排気ポート２２０は、典型的にはチャンバ２０２の外に位置するターボ分子ポンプ（不図示）に結合される。当業者にはよく知られるようにターボ分子ポンプは、チャンバ２０２内で適切な気圧を維持する。
【００３９】
さらにエッチング処理のような半導体処理の場合、処理チャンバ内の多くのパラメータは、高い許容誤差の結果を維持するために厳しく制御されなければならない。処理チャンバの温度は、そのようなパラメータのうちの一つである。エッチング許容誤差（etch tolerance）（および結果として生じる半導体ベースのデバイスのパフォーマンス）は、システム中の要素の温度変動に非常に敏感でありえるので、正確な制御が必要とされる。例として、温度制御を実現する例示的なプラズマ処理システムで用いられえる温度管理システムは、「TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS」と題された２００１年１０月１６日に発行された米国特許第６，３０２，９６６号においてより詳細に記載され、この特許はここで参照によって援用される。
【００４０】
さらにプラズマ処理を通して厳しい制御を達成するのに他の重要な問題点は、プラズマ処理チャンバに利用される材料、例えばチャンバ壁のような内部表面である。さらに他の重要な問題点は、基板を処理するのに用いられるガス化学物質である。例として、例示的なプラズマ処理システムで用いられえる材料およびガス化学物質の両方は、同時係属中の「MATERIALS AND GAS CHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS」と題された１９９９年１１月１５日に出願された米国特許出願第０９／４４０，７９４号に記載されており、この出願はここで参照によって援用される。
【００４１】
プラズマを作るために、処理ガスは、チャンバ２０２にガス注入器２１５を通して導入される。それから電力がＲＦ電源２１４を用いてアンテナ構成２１０に供給され、大きな電界が結合窓２１２を通してチャンバ２０２内に誘導される。電界は、チャンバ内に存在する少数の電子を加速し、それらが処理ガスのガス分子と衝突するようにさせる。これらの衝突は、放電、つまりプラズマ２０４のイオン化および開始につながる。当業者にはよく知られるように、処理ガスの中性ガス分子は、これらの強電界に曝されると電子を失い、後に正に帯電したイオンを残す。その結果、正に帯電したイオン、負に帯電した電子、および中性ガス分子がプラズマ２０４の中に含まれる。
【００４２】
プラズマがいったん形成されると、プラズマの中の中性ガス分子は、基板表面に向かって導かれる傾向にある。例として基板における中性ガス分子の存在に寄与するメカニズムのうちの一つは拡散である（例えばチャンバ内の分子のランダムな動き）。よって中性種のレイヤ（例えば中性ガス分子）は典型的には基板２０６の表面に沿って見いだされる。対応して、底面電極２１６に電力が供給されるとき、イオンは基板に向かって加速する傾向があり、基板において中性種と共に基板の処理、すなわちエッチング、堆積などを活性化する。
【００４３】
たいていの場合、プラズマ２０４は、主としてチャンバの上部領域（例えば活性化領域）に留まるが、プラズマの一部はチャンバ全体を埋める傾向がありえる。プラズマは、一般にそれが維持される場所に移動し、それはチャンバ内のほとんどすべての場所である。例として、プラズマは、ポンプ構成のベロー（例えば非活性領域）のような基板の下の領域を埋めえる。もしプラズマがこれらの領域に達すれば、それら領域のエッチング、堆積および／または浸食が進みえ、これは領域をエッチングしたり、堆積した材料が剥がれ落ちたりすることによってプロセスチャンバ内の粒子汚染につながる。
【００４４】
さらに閉じ込められないプラズマは、非均一なプラズマを形成する傾向にあり、これはプロセスパフォーマンスにおけるバラツキにつながる。このようなプロセスパフォーマンスには、エッチング均一性、全体のエッチング速度、エッチングプロファイル、マイクロローディング、選択比などがある。前述の効果を低減するために、プラズマを閉じ込めるためにプラズマ閉じ込め構成が使用されえる。例として、プラズマを閉じ込める例示的なプラズマ処理システムで用いられえるプラズマ閉じ込め構成は、１９９９年１１月１５日に出願された「METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE VOLUME OF PLASMA」と題された米国特許出願第０９／４３９，７５９号においてより詳細に記載され、この出願はここで参照によって援用される。
【００４５】
本発明のある局面によれば、プラズマ処理装置は、プラズマ処理システムのプロセスチャンバの内部において方位角について対称な（azimuthally symmetric）電界が誘導されるように、マルチターンアンテナ構成が設けられる。
【００４６】
微小寸法が小さくなり続けるにつれて、方位角について対称的でないプラズマの許容誤差も小さくなる。短絡を防ぐために、アンテナターンは不完全であり、アンテナループの端部の間にはギャップが存在する。そのようなギャップは、プラズマが方位角について対称的であることを阻止しえる。図３は、ギャップ３０８を持つ、完全でないアンテナターン３０４の概略図である。第１角３１６によって定義される第１方位角扇形部３１２は、ギャップ３０８を含む。第２角３２４によって定義される第２方位角扇形部３２０は、ギャップ３０８を含まない。ギャップ３０８は、第１方位角扇形部３１２内のＲＦ電力が第２方位角扇形部３２０内のＲＦ電力よりも小さくなるように働く。ギャップをブリッジするために、さまざまな電流を流す要素が用いられてきた。そのようなブリッジ要素の非対称性によって、そのような要素は所望の均一性を提供できなくなる。
【００４７】
図４は、ギャップ４０６、４１０をそれぞれ持つ２つの部分アンテナターン４０４、４０８の概略図である。ブリッジ４１４は、ギャップ４０６、４１０について補償するよう設けられている。半径方向のレッグ４１６は、電気的接続を部分アンテナターン４０４、４０８およびブリッジ４１４の間に提供し、それにより完全な電流パスを２つの部分アンテナターン４０４、４０８の間に提供する。半径方向電流成分は小さく、他のレベルにおいてターンのペアによって補償されえるが、この半径方向電流が大きな非対称性を生むことが判っている。これらレッグはアンテナターン４０４、４０８と同じ平面内にあるので、半径方向電流パスは、窓に「近接して」いる。明細書および特許請求の範囲において、もし半径方向電流パスが、最も遠いアンテナターンの少なくとも３倍の距離だけ窓から離れているなら、半径方向電流パスは、窓から離れているとして定義される。半径方向電流は、方位角方向に非対称な電流成分であり、アンテナそのものの同様の近接する電流成分に匹敵する電界を誘導する。この電界は、距離の２乗で除された半径方向電流部分の長さに比例して小さくなる。所望の対称アンテナ寄与分に比較して窓のプラズマ側上に現れるこの非対称成分を大きく低減するために、アンテナおよび窓のプラズマ側の間の距離（ｄ１）および新しい半径方向部分の位置（ｄ２）の比は１０より小さくなければならない。すなわち、（ｄ１／ｄ２）2＜１０であり、これはほぼｄ２≧３＊ｄ１である。
【００４８】
図５および６は、本発明のある実施形態によるマルチターンアンテナ構成６００を示す。マルチターンアンテナ構成６００は、ＲＦ電源６０４に動作可能に結合されたマルチターンアンテナ６０２を含み、これらは図２に示されるアンテナ２１０およびＲＦ電源２１４にそれぞれ対応する。
【００４９】
前述のように、もしアンテナ長が波長に対して短いなら、電力結合の伝送線路記述はもはや適切ではなく、電力結合は集中定数回路要素として振る舞う。したがってマルチターンアンテナ６０２は、伝送されるエネルギーの波長よりも短い長さを持つように構成される。アンテナ長を短くすることによって、定在波パターン中に作られる節がより少なくなり、その結果、アンテナの方位角方向における高電圧および低電圧領域が実質的に減らされる。
【００５０】
マルチターンアンテナ構成は、発生する電磁界が単一のターンアンテナからであるように見えるよう、互いに近接して配置された複数のターン群を持つよう好ましくは構成される。より具体的には、ターン群を互いに近接して配置することによってアンテナの容量を作る電流は増す。例えばもしアンテナが互いに近接した４ターンであるなら、プラズマを通る電流は、アンテナ中のそれの約４倍の強さになる傾向がある。対応して、この集中した電流は、より均一な集中したプラズマにつながる。その結果、アンテナの直径は、プロセスチャンバの直径に対してより小さくでき、よってこれでアンテナ長を小さくできる。アンテナの実際のサイズは、以下に詳細に説明される。
【００５１】
マルチターンアンテナ６０２は、実質的に円形であり、少なくとも第１平面内の同心円ループ群６０６の第１ペア、および第２平面内の同心円ループ群６１０の第２ペアを含む。好ましくは同心円ループ６０６の第１ペアおよび同心円ループ６１０の第２ペアは、実質的に同一であり、アンテナ軸６１４に沿って互いに対称的にアラインされる。実質的に円形のアンテナは、実質的に円形の電界を発生し、その結果、実質的に円形のプラズマを発生することに注意されたい。したがって、プロセスチャンバおよび基板が円形であるので、実質的に円形のプラズマはより均一な処理を基板表面において実行できる傾向にあるというロジックが成り立つ。
【００５２】
本発明は実質的に円形であるとして示され説明されてきたが、チャンバ設計におけるある程度の非対称性を持ったディスプレイまたは補償のためなど、異なる形状の基板を必要とする応用例のための代替の形状が使用されえることが理解されなければならない。例として、上述と同じ原理に従う楕円形、または円形の角を持つ長方形もうまく機能しえる。
【００５３】
さらに同心円ループ群６０６の第１ペアは、好ましくは同心円ループ群６０８の第２ペア上にスタックされる。単一平面アンテナは典型的には容量結合が増すが、これは端子電圧および全ての電圧の節が窓の直近に存在するからである。しかしスタックされたアンテナ、および同心円ループ群の第１ペアおよび同心円ループ群の第２ペア間の対称的なアライメントのために、高端子電圧は、同心円ループ群の第２ペアによって効果的に遮蔽される。より具体的には、第１同心円ループおよびプラズマ間に典型的に起こる電圧降下（例えば容量性結合）が大きく低減されるが、これは同心円ループ群の第２ペアが、電圧降下の伝導パスを提供し、よって電圧降下がプラズマに相互作用を及ばさないからである。
【００５４】
さらに、同心円ループ群６０６の第１ペアは、好ましくは第１ターン６１６および第４ターン６２２を含み、同心円ループ群６１０の第２ペアは、好ましくは第２ターン６１８および第３ターン６２０を含む。さらに第１ターン６１６は実質的に第２ターン６１８と同一で、第２ターン６１８の上に配置され、第４ターン６２２は実質的に第３ターン６２０と同一で、第３ターン６２０の上に配置される。
【００５５】
第１ターン６１６は動作可能に第２ターン６１８に結合され、第２ターン６１８は動作可能に第３ターン６２０に結合され、第３ターン６２０は動作可能に第４ターン６２２に結合され、それぞれのターンは、電流の向きがアンテナ軸６１４の周りに同じ向きになるよう構成される。ある実施形態において、マルチターンアンテナは、単一の伝導要素から形成される。しかしこれは限定ではなく、マルチターンアンテナは構造的にかつ電気的に互いに結合された別個の部品から形成されえる。さらにマルチターンアンテナ６０２は、入力リード６２４および出力リード６２６を含み、これらはＲＦ電力源６０４にリード６８０を介して接続されえる。
【００５６】
この実施形態において、入力リード６２４は第１ターン６１６の第１端に動作可能に結合される。第１ターンの第２端は、第１コネクタ６４０の第１端に動作可能に結合される。第１コネクタの第２端は、第２ターン６１８の第１端に動作可能に結合される。第２ターン６１８の第２端は、半径方向接続の第１レッグ６３２に動作可能に結合される。半径方向接続の第２レッグ６３６は、第３ターン６２０の第１端に動作可能に結合される。少なくとも第１および第２レッグが窓に近接している（遠くはない）所では、第１レッグ６３２および第２レッグ６３６は、ターン６１６、６１８、６２０、６２２によって定義される平面に実質的に垂直である。より好ましくは第１および第２レッグは、第１および第２レッグの実質的に全長にわたってこれらターンによって定義される平面に垂直である。半径方向接続の半径方向コネクタ６８２は、第１レッグ６３２から第２レッグ６３６へと伸び、ターンによって定義される平面に実質的に平行でありえる。第３ターン６２０の第２端は、第２コネクタ６４４の第１端に動作可能に結合される。第２コネクタ６４４の第２端は、第４ターン６２２の第１端に動作可能に結合される。第４ターン６２２の第２端は、出力リード６２６に動作可能に結合される。電流は、入力リード６２４から第１ターン６１６を通り、第１コネクタ６４０を通り、第２ターン６１８を通り、半径方向接続の第１レッグ６３２を通り、半径方向接続の第２レッグ６３６を通り、第３ターン６２０を通り、第２コネクタ６４４を通り、第４ターン６２２を通り、出力リード６２６に達する。この電流の流れは矢印によって示される。したがって、ＲＦ電圧を入力リード６２４および出力リード６２６の間に印加することによって、ＲＦ電流がマルチターンアンテナ６０２を通して流れるよう構成される。
【００５７】
さらに図３および図４を参照して、第４ターン４１８は、第１ターン４１６よりもより大きい直径を持ち、第３ターン４２２は、第２ターン４２０よりもより大きい直径を持つ。外側ターン（例えば第３および第４ターン）はより大きい直径を持つが、それらは好ましくは内周ターン（例えば第１および第２ターン）の近傍に配置される。すなわち第４ターン４１８は好ましくは第１ターン４１６の近傍に配置され、第３ターン４１８は好ましくは第２ターン４２０の近傍に配置される。これらの近接配置によって、マルチターンアンテナは単一ターンアンテナのような形状であり、また単一ターンアンテナのように振る舞う（例えば実質的にターン間にはスペースがない）。したがって半径方向の高および低電流領域は実質的に低減される。楕円形、円形、および正方形のアンテナのような他のアンテナ形状を一般化すれば、第３および第４ターンは、第１および第２ターンよりも大きい幅（直径）を有する。第１ターンが第４ターン内であるとき、第１ターンは全ての方位角方向において第４ターンよりもアンテナ軸により近い。
【００５８】
ブリッジ４１４をギャップに近接し、ターンの平面内、または平面間にある半径方向のレッグ４１６と共に用いる代わりに、図５および６のアンテナは、半径方向コネクタをターン間において窓２１２から大きな距離を離して提供する。距離ｄ１は、マルチターンアンテナ６０２のターン６１６、６１８、６２０、６２２の最も遠い部分および窓２１２のプラズマ側の間の距離である。距離ｄ２は、半径方向接続の半径方向コネクタ６８２および窓２１２のプラズマ側の間の距離である。窓および半径方向接続の半径方向コネクタ６８２の距離が大きいとは、窓および半径方向コネクタ６８２間の距離ｄ２が、窓およびアンテナのターンの最も遠い部分間の距離ｄ１の少なくとも３倍であることを意味する。より好ましくは、窓および半径方向接続の半径方向コネクタ６８２間の距離は、可能である限り遠い。本発明によって、少なくとも窓の幅またはアンテナの幅の最も小さいもののオーダーの増加が大きな改良を行うために必要であるが、方位角方向で非対称な半径方向セグメントおよび窓のすぐ下の間の距離の増加によって均一性における改善が達成される。この実施形態の例は、この大きな距離は少なくとも４インチである。このような大きな距離を与えるために、ギャップのブリッジングは、半径方向レッグを持つブリッジを用いるよりも方位角方向の非対称の同じ補正を提供してはならないが、小さい半径方向電流によって生じる方位角方向の非対称は、方位角方向電流の偏差によって生じる方位角方向の非対称性よりも、より多くの非対称性をウェーハ処理に生じえる。加えて、半径方向のコネクタ６８２は好ましくは、出力リード６２６の半径方向ライン６８０の平行および近傍に配置され、それにより電流はさらに方位角方向非対称性を低減するように逆平行に流れる。
【００５９】
当業者にはよく知られるように、２つの導体間の小さいスペースは、典型的には２つの導体間でアークを発生する。したがって外側および内側ターン間のスペースは、アークを起こさない距離に限定される。しかし本発明のある実施形態において、内側および外側ターンが互いになるべく接近して配置されつつも、一方で、実質的に内側および外側ターン間のアークを防止することを可能にするために、このスペースは誘電体材料で埋められる。例として、約０．２から約１ｃｍの間のスペースを持つテフロン（登録商標）またはセラミック材料がうまく機能する。
【００６０】
さらにマルチターンアンテナは一般に銅から形成される。ある実現例では、マルチターンアンテナは銀でコーティングされた銅から形成される。しかしマルチターンアンテナは銅または銀でコーティングされた銅に限定はされず、任意の適切な伝導性金属が用いられえることに注意されたい。ある実施形態において、アンテナループの断面は、それぞれループを窓およびそれぞれの他のループに対して繰り返し位置決めするのが楽なように長方形である。しかしこれは限定ではなく、他の断面形状およびサイズが用いられえる。代替としては、アンテナループは、温度制御を促進するために（すなわちその中を流体を流すために）空洞のある導体から形成されえる。
【００６１】
マルチターンアンテナの全体のサイズ、すなわち外側直径について、アンテナがプロセスチャンバの断面よりも小さい大きさに設定されることが一般には好ましく（絶対に必要というわけではなく）、これはプラズマを基板上の領域に集中させた状態に維持し、チャンバ壁への不要なプラズマ拡散を避けるためである。このプラズマ拡散は、プラズマ処理システムを動作させる電力をより多く必要とし、壁のエロージョンを増加させるなどの不利益をもたらす。さらにプラズマのサイズは一般に用いられるアンテナのサイズに対応するので、よってマルチターンアンテナは、均一なエッチング速度を実現するために、基板の直径と実質的に同様な外側直径を持たなければならない。例として、基板のサイズは典型的には約６から約１２インチの間であり、よってある実施形態では、マルチターンアンテナは、約６および約１２インチの間の外側直径を持つ。
【００６２】
さらに詳述すれば、増加された電流容量のために、すなわちマルチターンアンテナは単一のターンのように振る舞うので、マルチターンアンテナは基板よりも小さく構成されえる。すなわち電流のより高い集中は、基板を処理するのに充分に大きいプラズマを発生する傾向にある。しかしより小さいアンテナの使用は全ての処理に必要とされるわけではなく、アンテナは基板よりも大きく構成されえることに注意されたい。しかしもし高度な均一性が重要であるなら、より小さいアンテナの使用はかなり有用でありえる。例として、１２インチの基板を処理するためには、アンテナの直径は約６から約１５インチの間で構成されえ、好ましくは約７から約１１インチである。しかしこれは限定ではなく、アンテナの実際のサイズは、基板の特定のサイズにしたがって（例えばアンテナサイズはより小さいまたは大きい基板が関連するときに必要に応じて大きさを変更されえる）、またはそれぞれのプラズマ処理システムの特定の設計にしたがって変化しえる。
【００６３】
用いられるＲＦ周波数について、一般的なガイドラインとして、より低いＲＦ周波数（例えば１３ＭＨｚ未満）は、定在波の効果を減らすことによって電力結合の伝送線路特性の効果を低減させる傾向にある。すなわちより低い周波数は、アンテナの方位角についての潜在的な非対称結合特性をより緩和する傾向にある。さらにより低いＲＦ周波数において、アンテナおよびプラズマ間の容量性結合も緩和され、よって結合窓のイオン衝突が減少する。したがってＲＦ電源の周波数は一般に約１３ＭＨｚ以下に構成され、好ましくは約０．４ＭＨｚおよび約１３ＭＨｚの間であり、さらに好ましくは約４ＭＨｚである。より低い周波数の使用は全ての処理に必要とされるわけではないことに注意されたい。しかしもし高度の均一性が重要であるなら、低い周波数の使用はかなり有用でありえる。
【００６４】
前述のように、本発明の第１の局面の効果は数多くある。異なる実施形態または実現例は、以下の効果の一つ以上を持ちえる。本発明の一つの効果は、方位角について対称的なプラズマがプロセスチャンバ内に作られることである。その結果、プロセス均一性を高くでき、これは基板スループットを増し、デバイス欠陥を減らし、処理されている基板の全体的な生産性を上げる。本発明の他の効果は、本発明のアンテナ構成はそれ自身で遮蔽でき、よってアンテナおよびプラズマ間の容量性結合を低減させる。対応して、結合窓のイオン衝突が低減され、よって結合窓の寿命が延び、イオン衝突に関連付けられた粒子コンタミネーションが低減される。
【００６５】
本発明のある局面によれば、プラズマ処理装置は、アンテナおよびプラズマ間の容量性結合を実質的に低減するために多層結合窓構成を備える。本発明のこの局面の議論を進めるために、図７は、本発明のある実施形態による多層結合窓構成７００を示す。多層結合窓構成７００は、図２の結合窓２１２に対応しえる。多層結合窓７００は、少なくとも第１レイヤ７０４および第２レイヤ７０６を含む。好ましくは第１レイヤ７０４は第２レイヤ７０６に接着されている。ある実現例では、２つのレイヤは互いに熱的に接着される。しかしこれは限定ではなく、他の接着プロセスが用いられえることに注意されたい。代替としては、レイヤ間にギャップ、すなわち真空ギャップまたはレイヤ間をガスが流れるギャップが設けられえ、一方で、前述の利点をも享受できることに注意されたい。さらに第２レイヤ７０６は、好ましくはプロセスチャンバの内側周辺表面の一部を形成する。
【００６６】
まず第２レイヤを参照すれば、第２レイヤは、その表面上での電位差を少なくする静電遮蔽として振る舞うよう構成される。さらに第２レイヤは、電気的に絶縁され、好ましくは、アンテナからプラズマへの誘導性ＲＦエネルギーの透過を促進できる伝導性または半伝導性材料から形成されるよう構成される。さらに第２レイヤは、プロセスチャンバ内のプラズマに曝されるので、第２レイヤは好ましくはプラズマに実質的に耐えうる材料から形成される。好ましい実施形態において、第２レイヤは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）から形成される。たいていの場合、ＳｉＣは、プラズマ処理の熱的、化学的、および物理的影響に耐えうる。さらにＳｉＣは一般に誘電体として分類され、しかし電流の流れに対してある程度の抵抗を示す。抵抗特性は遮蔽効果を生むものであり、誘電体特性は誘導性結合を許すものである。
【００６７】
第２レイヤの抵抗は、静電遮蔽としてレイヤが機能することを確実にしつつ、一方で、誘導性電界に影響を与えないための重要なパラメータである。たいていの場合、本発明で用いられる特定の抵抗レンジは、結合窓が用いられるアンテナの具体的な寸法、電力結合の動作周波数、および第２レイヤの厚さに依存する。例として、約１００Ω−ｃｍから約１０ｋΩ−ｃｍがうまく機能する。しかしもし望まれるなら、第２レイヤ（例えばＳｉＣ）が誘電体層としてより振る舞うようにさせるために、抵抗は、１０6Ω−ｍより大きく構成されえる。
【００６８】
理論によって拘束されたくないと願う反面、第２レイヤの電気抵抗は、プラズマを形成するのに用いられる処理ガスに等電位表面を提供すると信じられる。例えば、プラズマの点火後、第２レイヤ上の電位は、プラズマが第２レイヤの近傍に位置するために大きく下げられる。さらに容量性電圧分割器が一般に形成され、例えば一定の容量を持つ誘電体第１レイヤによって形成される上部と、および点火前には伝導性第２レイヤおよびチャンバ壁によって、点火後には伝導性第２レイヤおよびプラズマによって形成される下部とからなる。点火前にはこの下部は小さい容量を持ち、よって点火を助ける大きな電圧が存在する（例えば放電を開始するためには、容量性電界が典型的には必要である）。点火後には、この下部は、この電圧が大きく下げられる大きな容量を持ち、よって大きな容量性電力結合には結びつかない。
【００６９】
こんどは第１レイヤを参照すれば、この第１レイヤは好ましくは、アンテナからプラズマへの誘導性ＲＦエネルギーの透過を促進できる誘電体材料から形成される。さらに第１レイヤは、構造的に真空を維持するよう充分な強度を持って、かつチャンバの定期的クリーニング中に容易に扱えるよう充分に堅固に構成される。さらに第１レイヤは、窓の温度制御を可能にする優れた熱的特性を持つ誘電体材料から一般に形成される。例として、窒化シリコン（ＳｉＮ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成された誘電体材料がうまく機能する。しかしこれは限定ではなく、他の材料も用いられえることに注意されたい。例えば、アルミナおよび石英もうまく機能する。
【００７０】
多層結合窓７００の全体の厚さは、アンテナＲＦエネルギーをプラズマに効率的に伝送できるよう充分に薄くしつつ、処理中に発生する圧力および熱に耐えるのに充分なよう構成される。好ましくは、多層結合窓の厚さは、約０．５および約１インチの間である。さらに第１レイヤ７０４は、第２レイヤ７０６よりも厚い厚さを持たなければならない。好ましくは、第１レイヤの厚さは、約０．５および約１インチの間である。さらに第２レイヤの厚さは、好ましくは、約０．１および約０．５インチの間である。レイヤの実際の厚さは、それぞれのレイヤに選ばれた具体的な材料にしたがって変更されえる。
【００７１】
結合窓のサイズがプラズマ処理チャンバのサイズに等しくなければならないという条件は存在しないことに注意されたい。しかし一般に小さい結合窓はコストを下げ、特にＳｉＣのような高価な材料が採用されるときにはそうである。ある実施形態においては、結合窓の形状は、アンテナ構成の形状と一致するように構成され、よって結合窓は実質的に円形である。他の実施形態においては、結合窓の外側寸法は、アンテナを囲みえる電気的に伝導性を持つ要素への結合を少なくするために、アンテナの外側寸法を少しの距離だけ超えて外に伸びるよう構成されえる。ある例では、結合窓の外側寸法は、アンテナの外側寸法を約１インチ超えて外に伸びるように構成されえる。さらに他の実施形態においては、結合窓は実質的にアンテナと同じ、すなわち輪状の形状を持ちえる。
【００７２】
採用される誘電体特性（例えば誘電率）について、一般的なガイドラインとしては、より低い誘電率、例えば約１０未満が、定在波効果を減少させることによって電力結合の伝送線路特性の効果を減らす傾向にある。より具体的には、より低い誘電率は、伝送されるエネルギーの波長をより長くする傾向があり、これはアンテナを見かけ上短くし、よって定在波パターン中に少ししか節を作らないことになる。したがって、より低い誘電率は、アンテナの任意の潜在的な方位角について非対称な結合特性を緩和する傾向にある。
【００７３】
さらに、上述のマルチターンアンテナおよび多層結合窓と共に、プラズマ処理システム中の基板の均一な処理をより向上させるために、追加の要素が採用されえることが考えられる。例として、結合窓およびマルチターンアンテナの近傍領域のプロセスチャンバ内での静磁界の半径方向のバラツキを制御するために、磁気構成物がマルチターンアンテナと共に構成されえる。そのような磁気構成物の例は、１９９９年１１月１５日に出願された「IMPROVED PLASMA PROCESSING SYSTEMS AND METHODS THEREFOR」と題された同時係属中の米国特許出願第０９／４３９，６６１号に見られ、ここで参照によって援用される。
【００７４】
図８は、本発明の実施形態によって与えられるマルチターンアンテナ８００の透視図である。図８のこのマルチターンアンテナ８００は、図６の概略図の実現例でありえるので、同じ部分には同じ番号付けが用いられている。マルチターンアンテナ８００は、第１ターン６１６、第２ターン６１８、第３ターン６２０、および第４ターン６２２を備える。それぞれのターンは平面を定義し、この平面はターンの周囲を通る。これら平面は、互いに実質的に平行であるか、または同一平面にあるかのいずれかである。入力バス６２４は第１ターン６１６の第１端に接続される。第１ターン６１６の第２端は第１コネクタ６４０の第１端に接続される。第１コネクタの第２端は、第２ターン６１８の第１端に接続される。第１ターン６１６および第２ターン６１８の間に架かる第１コネクタは、第１ターン６１６および第２ターン６１８によって定義される平面に実質的に垂直である。第２ターン６１８の第２端は、半径方向接続の第１レッグ６３２に接続される。半径方向接続の第２レッグ６３６は、第３ターン６２０の第１端に接続される。第１レッグ６３２および第２レッグ６３６は、ターン６１６、６１８、６２０、６２２によって定義される平面に実質的に垂直である。半径方向接続の半径方向コネクタ６８２は、第１レッグ６３２から第２レッグ６３６へ伸び、ターンによって定義される平面に実質的に平行である辺を有しえる。第３ターン６２０の第２端は、第２コネクタ６４４の第１端に接続される。第２コネクタ６４４の第２端は、第４ターン６２２の第１端に接続される。第３ターン６２０および第４ターン６２２の間に架かる第２コネクタ６４４の一部は、第３ターン６２０および第４ターン６２２によって定義される平面に実質的に垂直である。第４ターン６２２の第２端は、出力バス６２６に接続される。図９は、図８の切り欠き部分８３０の拡大された概略上面図であり、これは第３ターン６２０、第４ターン６２２、第２レッグ６３６、第２コネクタ６４４、および出力バス６２６の部分を示す。ターン６１６、６１８、６２０、６２２によって定義される平面は水平であるので、第１レッグ６３２、第２レッグ６３６、第１コネクタ６４０、および第２コネクタ６４４の辺は、実質的に垂直であり、一方、半径方向接続の半径方向コネクタは実質的に水平である。
【００７５】
図１０は、第３ターン６２０の上面図である。第３ターン６２０は第１端１００４および第２端１００８を有し、ここで第３ターン６２０の第１端１００４および第２端１００８は、第３ターンギャップ１０１２によって分離される。半径方向接続の第２レッグ６３６は、第３ターン６２０の第１端１００４に接続される。第２コネクタ６４４は、第３ターン６２０の第２端１００８に接続される。第３ターン６２０の第１端１００４および第２端１００８の両方は、ノッチ１０２０、１０２４を形成する。第１ノッチ１０２０は、第１端１００４の狭窄カンチレバー部１０３０を形成する。第２ノッチ１０２４は、第２端１００８の狭窄カンチレバー部１０３４を形成する。ノッチ１０２０、１０２４および狭窄カンチレバー部１０３０、１０３４は、狭窄カンチレバー部１０３０、１０３４が同じ半径方向に沿って並ぶことを可能に、これは第２コネクタ６４４および第２レッグ６３６がターンの同じ半径方向に沿って並ぶことを可能にし、これは実質的に完全なターンを形成しえる。完全に切り欠きが付けられたターンは図１０に示されるターンであり、これは切り欠きの付けられた第１端および第２端を有することで、カンチレバー部を形成し、ここは第１端および第２端のカンチレバー部の部分が同じ半径方向に沿って並び、それにより第１端に接続された電気的コネクタは、第２端に接続された第２電気的コネクタと同様にアンテナ軸を通った共通の半径に沿って位置する。
【００７６】
図１１は、第４ターン６２２の上面図である。第４ターン６２２は、第１端１１０４および第２端１１０８を有し、これらはギャップ１１１２によって分離される。第２コネクタ６４４は、第１端１１０４の底面に接続される。第３コネクタ１１１６は、第４ターン６２２の第２端１１０８に接続される。ノッチ１１２０は、第４ターン６２２の第１端１１０４に形成され、第１端１１０４の狭窄カンチレバー部１１３０を形成する。ノッチ１１２０は、半径方向接続の第２レッグ６３６が短絡することなく通るための空間を提供する。空間が第２レッグ６３６に与えられるので、第１端１１０４および第２端１１０８は、半径方向に沿っては重ならない。その代わり、第４ターン６２２は不完全である。
【００７７】
図１２は、第４ターン６２２の上にある上部コネクタ１２０４の上面図である。上部コネクタ１２０４は、第３コネクタ１１１６に接続された第１端および出力リード６２６に接続された第２端を有する。図９に示されるように、第３コネクタ１１１６は、第４ターン６２２から上部コネクタ１２０４へ伸び、上部コネクタ１２０４は、第４ターン６２２の第１端の上に伸び、それにより第４ターン６２２および上部コネクタ１２０４は、実質的に完全なターンを形成する。もし第４ターン中のギャップが、第４ターン６２２の平面内の、第４ターンの方向とは異なる半径方向長さにおけるブリッジによって補償されたなら、半径方向成分は、第４ターンのブリッジを接続する必要が生じ、これは方位角方向の非対称性を生じる半径方向電流を生む。その代わり、上部コネクタ１２０４は、第４ターン６２２と同じ半径方向長さに沿って、ただし第４ターン６２２の上においてギャップをブリッジする。
【００７８】
図１３は、第２ターン６１８の上面図である。第２ターン６１８は、第１端および第２端を有し、ここで第２ターン６１８の第１端および第２端は、第２ターンギャップ１３１２によって分離される。第１コネクタ６４０は、第２ターン６１８の第１端に接続される。半径方向接続の第１レッグ６３２は、第２ターン６１８の第２端に接続される。第２ターン６１８の第１端および第２端の両方は、ノッチを形成する。第１ノッチは、第１端の狭窄カンチレバー部１３３０を形成する。第２ノッチは、第２端の狭窄カンチレバー部１３３４を形成する。これらノッチおよび狭窄カンチレバー部１３３０、１３３４は、狭窄カンチレバー部１３３０、１３３４が同じ半径方向に沿って並ぶことを可能にし、これは第１コネクタ６４０および第１レッグ６３２が同じ半径方向に沿って並ぶことを可能にし、これは実質的に完全なターンを形成しえる。
【００７９】
図１４は、第１ターン６１６の上面図である。第１ターン６１６は、第１端および第２端を有し、これらはギャップ１４１２によって分離される。第１コネクタ６４０は第１端の底側に接続される。第４コネクタ１４１６は、第１ターン６１６の第２端に接続される。ノッチ１４２０は、第１ターン６１６の第１端に形成されて、第１端の狭窄カンチレバー部１４３０を形成する。ノッチ１４２０は、半径方向接続の第１レッグ６３２が短絡することなく通るための空間を提供する。空間が第１レッグ６３６に与えられるので、第１端および第２端は、半径方向に沿っては重ならない。その代わり、第１ターン６１６は不完全である。
【００８０】
図１５は、第１ターン６１６の上にある第２上部コネクタ１５０４の上面図である。第２上部コネクタ１５０４は、第４コネクタ１４１６に接続された第１端および入力リード６２４に接続された第２端を有する。第４コネクタ１４１６は、第１ターン６１６から第２上部コネクタ１５０４へ伸び、第２上部コネクタ１５０４は、第１ターン６１６の第１端の上に伸び、それにより第１ターン６１６および第２上部コネクタ１５０４は、実質的に完全なターンを形成する。もし第１ターン中のギャップが、第１ターン６１６の平面内の、第１ターンの方向とは異なる半径方向長さにおけるブリッジによって補償されたなら、半径方向成分は、第１ターンのブリッジを接続する必要が生じ、これは方位角方向の非対称性を生じる半径方向電流を生む。その代わり、上部コネクタ１５０４は、第１ターン６１６と同じ半径方向長さに沿って、ただし第１ターン６１６の上においてギャップをブリッジする。
【００８１】
上述のように、誘電体材料は、ターン６１６、６１８、６２０、６２２間に配置されることで、ターンが互いになるべく接近して配置されることを可能にする一方で、内側および外側ターン間でのアークを除去する。図１６は、そのような絶縁体がそれらの間に配置されたターン６１６、６１８、６２０、６２２の断面図である。第１、第２、第３、および第４ターン６１６、６１８、６２０、６２２は、示されるようにアセンブリを形成するための中央絶縁体１６０４をその周りに配置される。この中央絶縁体は底部リッジリング１６０８を形成する。このアセンブリは底部絶縁体１６１２上に配置される。中央絶縁体１６０４の底部リッジリング１６０８は、底部絶縁体１６１２の中央溝内に取り付けられる。上部リッジリング１６１６は、第１ターン６１６および第４ターン６２２の上を伸び、その結果、上部リッジリング１６１６の表面に沿った、第１ターン６１６から第４ターン６２２までの距離は、アークを防止するのに必要とされる最小表面距離よりも大きい。底部絶縁体１６１２はファラデーシールド１６２０上に配置されえ、これは誘電体窓２１２上に配置されえる。
【００８２】
図１９は、ファラデーシールド１６２０の上面図である。ファラデーシールド１６２０は、結合の方位角についてのバラツキをさらに最小化し、容量性結合の程度を制御するために設けられえる。これは、ファラデーシールド１６２０をグラウンドに落とすか、特定の電圧をファラデーシールドに印加するか、またはファラデーシールドをフローティング状態にするかのいずれかによって実現されえる。アンテナのフットプリントがリングの形状であるので、ファラデーシールド１６２０はアンテナのフットプリントと一致するリング形状でありえる。好ましい実施形態においては、ファラデーシールド１６２０は、アンテナのフットプリントよりもわずかに大きく、リングの一部を横切る少なくとも一つの半径方向スロット１９０４を有するリング形状の伝導体材料である。他の好ましい実施形態においては、一つより多いスロットが設けられる。
【００８３】
この実施形態の例では、ターン６１６、６１８、６２０、６２２は約１ｃｍの厚さである。中央絶縁体１６０４は、ターン６１６、６１８、６２０、６２２に約０．５ｃｍ離れた距離を置く。ファラデーシールドは約０．１５ｃｍの厚さを有する。したがって誘電体窓２１２および第１または第４ターン６１６、６２２の上部であるターンの最も離れた部分間の距離は、約３ｃｍである。したがってこの実施形態において、半径方向コネクタ６８２をターンの最も遠い部分の３倍より大きい距離だけ誘電体窓２１２から置くことが望ましく、これは９ｃｍとなる。
【００８４】
少なくとも第１レッグ６３２が窓の近傍である（窓から遠くはない）領域においては、第１レッグ６３２は、ターンによって定義される平面に実質的に垂直であり、入力リード６２４および第１コネクタ６４０に近接して配置され、それにより第１レッグ６３２、入力リード６２４、および第１コネクタ６４０によって生じる非対称性を最小化する。第１コネクタ６４０および入力リード６２４は、第１レッグ６３２の実質的に全長に沿って磁界を打ち消すよう提供される。少なくとも第２レッグが窓の近傍である領域においては、第２レッグ６３６は、ターンによって定義される平面に実質的に垂直であり、出力リード６２６および第２コネクタ６４４に近接して配置され、それにより第２レッグ６３６、出力リード６２６、および第２コネクタ６４４によって生じる非対称性を最小化する。
【００８５】
接続集中部を異なる方位角位置、例えばループの反対側に置くことによって、接続の不完全性によって作られる非方位角方向の摂動は分離され、これは方位角方向の均一性を改善する。このような接続をターンの反対側に配置することによって、接続によって生じる残留ダイポールは互いに対向するようにされえる。接続によって生じる残留ダイポールはターンの対向する側上に配置されるが、この実施形態はそれが互いに対向するようするのであって、それらをターンの同じ側に配置させ、同じ方向に向かせることはしない。
【００８６】
本発明のアンテナは、ウェーハ結果における計測された方位角方向の非対称性においてほぼ２〜３倍の減少を生むことが判っている。
【００８７】
図１７は、本発明の他の実施形態において用いられる第３ターン６２０および第４ターン６２２の一部の断面図である。第３ターンは、第１端１７０４および第２端１７０８を有し、ここで第３ターン６２０の第１端１７０４および第２端１７０８は、第３ターンギャップ１７１２によって分離される。半径方向接続の第２レッグ６３６は、第３ターン６２０の第１端１７０４に接続される。第２コネクタ６４４は第３ターン６２０の第２端１７０８に接続される。ギャップ１７１２は、第３ターン６２０が不完全なループを形成するようにする。
【００８８】
第４ターン６２２は、第１端１７２４および第２端１７２８を有し、これらはギャップ１７３２によって分離される。第２コネクタ６４４は、第４ターン６２２の第１端１７２４に接続される。第３コネクタ１７３６は、第４ターン６２２の第２端１７２８に接続される。ギャップ１７３２は、第４ターン６２２が不完全なループを形成するようにする。
【００８９】
上部コネクタ１７４４は、第３コネクタ１７３６に接続される第１端および出力リード６２６に接続される第２端を有する。第３コネクタ１７３６は、第４ターン６２２から上部コネクタ１７４４まで伸び、上部コネクタ１７４４は、第４ターン６２２の第１端の上を伸び、それにより上部コネクタ１７４４がギャップ１７１２、１７３２をブリッジするようにする。この結果、上部コネクタ１７４４、第３ターン６２０、および第４ターン６２２は、２つの実質的に完全なターンを形成するようになる。
【００９０】
この実施形態において、第２レッグ６３６が第４ターン６２２を通るような、コネクタを可能にするためにノッチを用いる代わりに、第２レッグ６３６は第４ターン６２２、上部コネクタ１７４４、および出力リード６２６を通る。第２レッグ６３６がアークなしに通るように充分な空間を提供するように、穴１７６０は第４ターン６２２を通って配置され、穴１７６４は第２レッグ６３６および上部コネクタ１７４４を通って配置される。さらにアークを防ぐために、絶縁体が穴の中の第２レッグ６３６の周りに配置されえる。それぞれのターンのギャップは、ターンと同じ平面内でブリッジされないが、半径方向コネクタは窓から大きな距離だけ移動されている。ターンと同じ平面内の代わりにターンと同じ半径方向の距離においてギャップをブリッジすることによって作られた方位角方向の非対称性は、半径方向コネクタが窓の近くに配置されたときに生じる半径方向電流からの方位角半径方向の非対称性ほど大きくはない。
【００９１】
第２レッグ６３６を出力リード６２６と同軸上にすることによって、第２レッグ６３６および出力リード６２６からの磁界は、より良く互いに打ち消されえる。加えて、第２コネクタ６４４は、さらに打ち消し合うように第２レッグ６３６に近く配置される。
【００９２】
図１８は、図１７に示されるデバイスの断面図であり、ここで受動アンテナ１８０４は第３ターン６２０および第４ターン６２２に隣接して配置される。このような受動アンテナは、２００２年９月２２日に出願されたHowaldらによる「Methods and Apparatus For Producing Uniform Processing Rates」と題された米国特許出願第１０／２００，８３３号において説明されており、全ての目的のためにここで参照によって援用される。受動アンテナ１８０４は、方位角方向の非対称性を低減させるために用いられえる。このパススルー設計は、受動アンテナの明瞭な設計を可能にし、これは電流を所望の方位角方向電流パスに向きを戻すのに役立つ。
【００９３】
第１、第２、第３、および第４ターン６１６、６１８、６２０、６２２を持つ前の実施形態においては、第１および第２ターン６１６、６１８は内側ループであり、第３および第４ターン６２０、６２２は外側ループであり、レッグおよび半径方向コネクタが内側ループを外側ループに接続すると考えられる。これらの実施形態において、内側ループは、外側ループと同心円状であり、ここで外側ループは内側ループよりも大きい直径を有する。
【００９４】
前述の実施形態においてアンテナは第１ループおよび第２ループから形成され、ここで第１ループおよび第２ループは、同じ形状寸法であり、同軸であり、一方のループが他方のループの上に配置されるが、他のタイプのアンテナ構成も使用されえる。そのような他の構成は、２つの単一ループを使用しえ、または第２ループが第１ループとは異なる幾何学的形状でありえる。ループは２ターンよりも多くてもよい。好ましくはループを含むターン内の方位角方向のギャップは最小化され、その結果、ギャップは３°未満の中心角をなし、かつその結果、ギャップに隣接するターンの端部の半径は同一である。さらに入力および出力フィードは、それらのダイポール効果を低減する他の方法として、それらの長さの一部について同軸でありえる。この実施形態において、ターンギャップは好ましくは約１／８インチである。より好ましくはターンギャップは、図１０および１３に示されるように同じ半径方向距離においてノッチに嵌る方向付けられたカンチレバー部分によって補償される。そのような方向付けられたカンチレバーおよびノッチ設計が実際的ではないとき、本発明は、同じ半径方向位置における欠けている方位角方向ギャップにほぼ等しい長さを持つ追加の部分アンテナターンを他のターンに実質的に平行な平面内に追加することによって、整数個の実質的に完全なターンを形成して、方位角方向電流におけるギャップを補償する原理に従うのが好ましいとする。
【００９５】
このような他の構成は、２つの単一のループを用いえ、または第２ループが第１ループとは異なる幾何学的形状でありえる。２ループより多くてもよい。このループは１ターンを有してもよい。さらに高い結合界のために、ループは好ましくはより多くのループターンを有する。好ましくは２つのループターンが用いられ、それによって電界打ち消しのために、方位角方向の電流辺を補償する部分ターン（図１２の１２０４、図１５の１５０４、図１７の１７４４を参照）が方位角方向のギャップにほぼ等しく、同時に２つのループリードを近傍に置く。多ループターンの構成は好ましくは、垂直な接続レッグおよび関連する方位角方向ギャップの均一な方位角方向の間隔を必要とし、それによってほぼ整数のループターンが達成され、一方、ループリードは電界打ち消しのために近傍に置かれる。
【００９６】
本発明では、窓から遠く離れた半径方向の接続によって、同じ半径において方位角方向電流補償を行う単一の、または複数ループから構成される多数ループを持つ改良された新規なアンテナが構築されえる（図１０〜１１参照）。改良された方位角方向に対称な電界を作るために、半径方向の近傍にループを置くことに対する制約がなくなる。もし個別のループが、アンテナを通して伝送されるエネルギーの波長に比較して電気的に短いならより良い。ループが、アンテナ構成を通して伝送されるエネルギーの波長よりも小さい結合長を有する程度にループは互いに近くあるのが好ましい。
【００９７】
図２０は、本発明のある実施形態によるマルチターンアンテナ構成２０００の概略図であり、ここで２つのターンだけが提供される。マルチターンアンテナ構成２０００は、ＲＦ電力源２００４に動作可能に結合されたマルチターンアンテナを含み、これは例えば図２に示されるアンテナ２１０およびＲＦ電力源２１４にそれぞれ対応する。
【００９８】
マルチターンアンテナは実質的に円形であり、少なくとも第１ターン２０１６および第２ターン２０２２を含む。この実施形態において、入力リード２０２４は、第１ターン２０１６の第１端に動作可能に結合される。第１ターン２０１６の第２端は、半径方向接続の第１レッグ２０３２に動作可能に結合される。半径方向接続の第２レッグ２０３６は、第２ターン２０２２の第１端に動作可能に結合される。少なくとも窓の近傍において、第１レッグ２０３２および第２レッグ２０３６は、ターン２０１６、２０２２の直径に実質的に垂直である。半径方向接続の半径方向コネクタ２０８２は、第１レッグ２０３２から第２レッグ２０３６に伸び、ターンの直径に実質的に平行でありえる。第２ターン２０２２の第２端は、出力リード２０２６に動作可能に結合される。電流は、入力リード２０２４から第１ターン２０１６を通り、半径方向接続の第１レッグ２０３２を通り、半径方向接続の第２レッグ２０３６を通り、第２ターン２０２２を通り、出力リード２０２６に達する。この電流フローは矢印によって表される。したがって、ＲＦ電圧を入力リード２０２４および出力リード２０２６の間に印加することによって、ＲＦ電流がマルチターンアンテナ２００６を通して流れるよう構成される。
【００９９】
さらに図２０を参照して、第２ターン２０２２は、第１ターン２０１６より大きい直径を有する。外側ターン（例えば第２ターン）はより大きい直径を有するが、それらは好ましくは内側ターン（例えば第１）の近傍に配置される。すなわち、第２ターン２０２２は好ましくは第１ターン２０１６の近傍にあるよう構成される。それらの近接性の結果、マルチターンアンテナは、単一のターンアンテナのように見え、振る舞う（例えば実質的にターン間にスペースがない）。したがって半径方向における高いまたは低い電流領域は実質的に低減される。
【０１００】
他の実施形態におけるように、ギャップに近接して半径方向のレッグを持つブリッジを用いる代わりに、この実施形態のアンテナは、窓２１２から大きな距離隔ててターン間に半径方向コネクタを提供する。窓および半径方向接続の半径方向コネクタ２０８２間の大きな距離とは、窓および半径方向接続２０８２の間の距離が、窓およびアンテナのターンの最も遠い部分の間の距離の少なくとも３倍であることである。より好ましくは、窓および半径方向接続２０８２の間の距離は、窓およびアンテナのターンの最も遠い部分の間の距離の少なくとも４倍である。加えて、半径方向コネクタ２０８２は、出力リード２０２６の半径方向ライン２０８０に平行かつ近傍に配置されえ、それによって電流が逆平行に流れ、半径方向の電流によって生じた方位角方向非対称性をさらに低減する。
【０１０１】
この実施形態において、第１ターン２０１６は、第２ターン２０２２より小さい直径を有し、それにより第２ターン２０２２は第１ターン２０１６から半径方向に離れて置かれる。この例では、第１ターン２０１６は内側ループを形成し、第２ターン２０２２は外側ループを形成し、それにより第１ターン２０１６は、それぞれの方位角方向において、第２ターン２０２２がアンテナ軸にそうであるよりも、アンテナ軸により近い。ターンが異なる直径を有するので、半径方向コネクタは、第１ターン２０１６と第２ターンを接続するのに用いられなければならない。半径方向コネクタは、窓から大きな距離をあけて置かれる。好ましくは第１ターンは、第１平面が第１ターンの全周囲を通るような第１平面を定義し、第２ターンは、第２平面が第２ターンの全周囲を通るような第２平面を定義し、ここで第１平面および第２平面は実質的に平行である。半径方向コネクタは、第１ターンおよび第２ターンによって定義される平面に実質的に平行である辺を有する。より好ましくは、第１ターンおよび第２ターンは同心円状であり同一平面上にある。図２０に示される例では、第１および第２ターンは同一平面上にあり、それにより第１平面および第２平面は同じ平面２０９０である。好ましくは、第１ターンおよび第２ターンがその周りに配置されるアンテナ軸２０１４は、実質的に第１平面および第２平面に垂直である。好ましくは、第１レッグ２０３２、第２レッグ２０３６、入力リード２０２４、および出力リード２０２６は、窓の近傍においては第１および第２平面２０９０に実質的に垂直である。入力リード２０２４を第１レッグ２０３２の近傍に置くこと、およびそれらを窓近傍のターンによって定義される平面に実質的に垂直にすることによって、入力リード２０２４および第１レッグ２０３２によって生じる方位角方向の非対称性が最小化される。
【０１０２】
他の実施形態において、レッグ、コネクタ、およびリードは、ターンに実質的に垂直であるだけであり、ターンまたは窓の近くにあるレッグ、コネクタ、およびリードの部分については近くに配置される。レッグ、コネクタ、およびリードは、ターンまたは窓から離れた所では実質的に垂直または互いに近くではない。加えて、他の実施形態においては、本発明のアンテナは、容量結合プラズマチャンバおよび他のデバイスのために用いられえる。
【０１０３】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について記載されてきたが、改変、さまざまな変更、組み合わせ、および代替の等価物が存在し、これらは本発明の範囲に入る。また本発明の半径方向および装置を実現する多くの代替のやり方が存在する。したがって以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に入る全てのそのような改変、組み合わせ、および代替の等価物を含むと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】プラズマ処理に用いられる従来技術の誘導性プラズマ処理リアクタを示す図である。
【図２】本発明のある実施形態によるアンテナ構成および結合窓構成を含むプラズマ処理システムの図である。
【図３】ギャップを持つ部分アンテナターンの概略図である。
【図４】マルチターンアンテナ構成の概略図である。
【図５】本発明のある実施形態によるマルチターンアンテナ構成を示す図である。
【図６】マルチターンアンテナ構成の断面側面図である。
【図７】本発明のある実施形態による多層結合窓の断面側面図である。
【図８】本発明のある実施形態のマルチターンアンテナの透視図である。
【図９】図８のマルチターンアンテナの拡大された部分図である。
【図１０】第３ターンの上面図である。
【図１１】第４ターンの上面図である。
【図１２】第４ターンの上の上部コネクタの上面図である。
【図１３】第２ターンの上面図である。
【図１４】第１ターンの上面図である。
【図１５】第１ターンの上の第２上部コネクタの上面図である。
【図１６】その間に配置された絶縁体を持つターンの断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態において用いられる第３ターンおよび第４ターンの一部の断面図である。
【図１８】受動アンテナを持つ図１７に示される装置の図である。
【図１９】ファラデー遮蔽の上面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態の概略図である。
【図１】
2006518915.tif 000003
【図２】
2006518915.tif 000004
【図３】
2006518915.tif 000005
【図４】
2006518915.tif 000006
【図５】
2006518915.tif 000007
【図６】
2006518915.tif 000008
【図７】
2006518915.tif 000009
【図８】
2006518915.tif 000010
【図９】
2006518915.tif 000011
【図１０】
2006518915.tif 000012
【図１１】
2006518915.tif 000013
【図１２】
2006518915.tif 000014
【図１３】
2006518915.tif 000015
【図１４】
2006518915.tif 000016
【図１５】
2006518915.tif 000017
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月24日(2005.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓を通してプロセスチャンバ内で電界を生成するアンテナ構成であって、
アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループであって、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および
前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタであって、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される
アンテナ構成。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ構成であって、前記第１外側ループターンは第１平面を定義し、前記第１内側ループターンは第２平面を定義し、前記外側ループから伸びる第１レッグ、および前記内側ループから伸びる第２レッグをさらに備え、前記半径方向コネクタは、前記第１レッグおよび前記第２レッグ間を接続するアンテナ構成。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ構成であって、前記第１レッグは前記第１平面に実質的に垂直で前記外側ループに隣接し、前記第２レッグは前記第２平面に実質的に垂直で前記内側ループに隣接するアンテナ構成。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍であるアンテナ構成。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記内側ループは前記外側ループと同軸であり、かつ同一平面上であるアンテナ構成。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループの間にそれらの間でのアークを除去するための誘電体媒体をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループは、前記アンテナ構成を通して伝送されるエネルギーの波長より小さい結合長を有するアンテナ構成。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記外側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２外側ループターンをさらに備え、前記内側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２内側ループターンをさらに備えるアンテナ構成。
【請求項９】
請求項８に記載のアンテナ構成であって、前記第２外側ループターンは、前記第１外側ループターンの上に配置され、前記第２内側ループターンは、前記第１内側ループターンの上に配置され、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンは、前記第２外側ループターンおよび前記第２内側ループターンの端子電圧を実効的に遮蔽するアンテナ構成。
【請求項１０】
請求項８〜９のいずれかに記載のアンテナ構成であって、第１外側ループターン、第２外側ループターン、第１内側ループターン、および第２内側ループターンの間に配置されたそれらの間でのアークを除去する誘電体媒体をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１１】
請求項１〜１０のずれかに記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび前記外側ループに結合されたＲＦ電力源をさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアンテナ構成であって、前記内側ループおよび外側ループは協働して、前記ＲＦ電力源によって発生されたＲＦエネルギーで、方位角方向に対称な電界をプロセスチャンバに形成し、前記方位角方向に対称な電界は、実質的に方位角方向に対称なプラズマを形成し、これが実質的に均一なプロセスレートを前記プロセスチャンバの内部に置かれた基板の表面にわたって実現するアンテナ構成。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記内側ループに電気的に接続された第１リードおよび前記外側ループに電気的に接続された第２リードをさらに備えるアンテナ構成。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンのうちの少なくとも１つは完全な切り欠きの付けられたターンであるアンテナ構成。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれかに記載のアンテナ構成であって、前記第２外側ループターンおよび第２内側ループターンのうちの少なくとも１つは方位角方向のギャップを有し、半径方向距離だけ前記アンテナ軸から離れ、前記方位角方向のギャップに架かる部分ターンをさらに備え、前記部分ターンは前記アンテナ軸から、前記方位角方向のギャップが前記アンテナ軸から離れている半径方向の距離に等しい半径方向の距離にあるアンテナ構成。
【請求項１６】
基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理のためにプラズマが点火および維持されるプロセスチャンバ、
前記プロセスチャンバへＲＦエネルギーが透過することを可能にするよう構成される前記プロセスチャンバの側面を形成する窓、および
前記窓に隣接し、ＲＦエネルギーを介して前記プロセスチャンバ内に電界を作るよう構成されたマルチレイヤアンテナであって、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、
前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループであって、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近く、および
前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタであって、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置される
を備えるマルチレイヤアンテナ
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプラズマ処理装置であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍であるプラズマ処理装置。
【請求項１８】
アンテナを形成するターンであって、
アンテナ軸の周りに形成されたターンを備え、第１端および第２端を持つ完全な、切り欠きの付けられたターンであって、前記第１端は第１カンチレバー部を形成するよう切り欠きが付けられ、前記第２端は第２カンチレバー部を形成するよう切り欠きが付けられ、
前記第１カンチレバー部に接続された第１電気的コネクタ、および
前記第２カンチレバー部に接続された第２電気的コネクタ
を備え、前記第１電気的コネクタおよび前記第２電気的コネクタは、共通の半径に沿って前記アンテナ軸を通って位置する
ターン。
【請求項１９】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に置くことであって、前記処理チャンバは、前記処理チャンバ内の基板ホルダおよび前記処理チャンバの側面を形成する誘電体窓を備え、アンテナは前記誘電体窓に隣接する前記チャンバの外に配置され、
前記処理ガスを前記チャンバ内に導入すること、
前記アンテナを用いて方位角方向に対称な電界を作ることであって、前記アンテナは、アンテナ軸の周りに配置された第１外側ループターンを備える外側ループ、前記アンテナ軸の周りに配置された第１内側ループターンを備える内側ループであって、前記内側ループターンは、それぞれの方位角方向において前記第１外側ループターンよりも前記アンテナ軸により近い内側ループ、および前記外側ループを前記内側ループに半径方向に電気的に接続する半径方向コネクタであって、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置されることによってより均一な電界を提供する半径方向コネクタを備える、前記アンテナを用いて電界を作ること、
前記方位角方向に対称な電界を用いて前記処理ガスから方位角方向に実質的に均一なプラズマを形成すること、および
基板の表面にわたって実質的に均一なプロセスレートを作ること
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記第１外側ループターンは第１平面を定義し、前記第１内側ループターンは第２平面を定義し、前記外側ループから伸びる第１レッグ、および前記内側ループから伸びる第２レッグをさらに備え、前記半径方向コネクタは、前記第１レッグおよび前記第２レッグ間を接続する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記第１レッグは前記第１平面に実質的に垂直で前記外側ループに隣接し、前記第２レッグは前記第２平面に実質的に垂直で前記内側ループに隣接する方法。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法であって、前記外側ループは前記窓から第１距離であり、前記半径方向コネクタは前記窓から第２距離であり、前記第２距離は前記第１距離の少なくとも３倍である方法。
【請求項２３】
請求項１９〜２２のいずれかに記載の方法であって、前記内側ループは前記外側ループと同軸であり、かつ同一平面上である方法。
【請求項２４】
請求項１９〜２３のいずれかに記載の方法であって、前記内側ループおよび前記外側ループの間にそれらの間でのアークを除去するための誘電体媒体が配置される方法。
【請求項２５】
請求項１９〜２４のいずれかに記載の方法であって、前記外側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２外側ループターンをさらに備え、前記内側ループは前記アンテナ軸の周りに配置された第２内側ループターンをさらに備える方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、前記第２外側ループターンは、前記第１外側ループターンの上に配置され、前記第２内側ループターンは、前記第１内側ループターンの上に配置され、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンは、前記第２外側ループターンおよび前記第２内側ループターンの端子電圧を実効的に遮蔽する方法。
【請求項２７】
請求項１９〜２６のいずれかに記載の方法であって、前記アンテナを通る電流をラジオ周波に等しい周波数において交番させることをさらに含む方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、前記周波数は波長を有し、前記内側ループおよび外側ループの結合された長さは前記波長より小さい方法。
【請求項２９】
請求項１９〜２８のいずれかに記載の方法であって、前記第１外側ループターンおよび第１内側ループターンは完全な切り欠きのあるターンである方法。
【請求項３０】
請求項２５〜２９のいずれかに記載の方法であって、前記第２外側ループターンおよび第２内側ループターンのうちの少なくとも１つは方位角方向のギャップを有し、半径方向距離だけ前記アンテナ軸から離れ、前記方位角方向のギャップに架かる部分ターンをさらに備え、前記部分ターンは前記アンテナ軸から、前記方位角方向のギャップが前記アンテナ軸から離れている半径方向の距離に等しい半径方向の距離にある方法。
【請求項３１】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に置くことであって、前記処理チャンバは、前記処理チャンバ内の基板ホルダおよび前記処理チャンバの側面を形成する誘電体窓を備え、アンテナは前記誘電体窓に隣接する前記チャンバの外に配置され、
前記処理ガスを前記チャンバ内に導入すること、
電流を前記アンテナを通して提供することであって、前記電流は、入力レッグから第１ループ、第１コネクタレッグ、半径方向コネクタ、第２コネクタレッグ、第２ループ、出力レッグへ流れ、前記第１ループは、アンテナ軸の周りに配置され、前記第２ループは、前記アンテナ軸について前記第１ループに同軸であり、前記入力レッグ、前記第１コネクタレッグ、前記第２コネクタレッグ、および前記出力レッグは平行であり、前記半径方向コネクタは前記窓から大きな距離をあけて配置され、前記電流は前記第１ループおよび第２ループを通して前記アンテナ軸について同じ方向に流れる、電流を提供すること、および
前記アンテナを通る前記電流を用いて前記処理ガスをプラズマに変換すること
を含む方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記第１ループおよび前記第２ループは前記アンテナ軸について同心円状である方法。
【請求項３３】
請求項３１〜３２のいずれかに記載の方法であって、前記第１ループは第１ターンおよび第２ターンを備え、前記第１ターンは第１平面を定義し、前記第２ターンは第２平面を定義し、前記第１平面は前記第２平面から距離が置かれ、前記第２ループは、前記第２平面内の第３ターンおよび前記第１平面内の第４ターンを備える方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、前記第１平面は前記誘電体窓から第１距離であり、前記第２平面は前記誘電体窓から第２距離であり、前記半径方向コネクタは前記誘電体窓から第３距離であり、前記第３距離は前記第１距離の少なくとも３倍であり、前記第３距離は前記第２距離の少なくとも３倍である方法。
【請求項３５】
請求項３１〜３４のいずれかに記載の方法であって、前記アンテナを通る電流をラジオ周波に等しい周波数において交番させることをさらに含む方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記周波数は波長を有し、前記内側ループおよび外側ループの結合された長さは前記波長より小さく、それにより前記アンテナを通る前記電流は前記波長より短い距離を伝搬する方法。
【請求項３７】
請求項３１〜３６のいずれかに記載の方法であって、前記第１ループおよび前記第２ループは協働して、ＲＦエネルギーで、方位角方向に対称な電界をプロセスチャンバ内に形成する電流を提供し、
前記方位角方向に対称な電界から方位角方向に実質的に均一なプラズマを形成すること、および
前記処理チャンバの内側に配置された基板の表面にわたって実質的に均一なプロセスレートを作ること
を含む方法。
【国際調査報告】
2006518915.tif 000023