(57)【要約】本発明は、処理チャンバ内に配置された基板を横切って制御可能なプラズマの均一性を与える処理チャンバ上に配置された複数のコイルへ、単一電源から電力を分配するための方法及び装置である。処理チャンバ上に配置された２つ以上のコイル（１５２、１５４）へ電源から電力を分配するための装置は、電源と第１のコイル間の接続、電源と第２のコイル（１５４）との間に接続された直列キャパシタ（１８０）、及び第２のコイルと電源間のノードに接続された並列キャパシタ（１９０）とを有する。１つの電源から複数のコイルへ電力を分配する方法は、電源とグランド間に第１のコイルを接続するステップ、第１の電力分配回路網を電源へ接続するステップ、及び第１の電力分配回路網とグランド間に第２のコイルを接続するステップを有し、各電力分配回路網は、直列キャパシタと並列キャパシタを有することを特徴とする。
2004531856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理用の装置であって、
チャンバと、
チャンバの周りに配置された第１と第２のコイルと、
前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ノードは、前記電源と前記直列キャパシタ間にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ノードは、前記第２のコイルと前記直列キャパシタ間にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記直列キャパシタは可変キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記並列キャパシタは可変キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記直列キャパシタ及び並列キャパシタの双方は、可変キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記並列キャパシタ及びそれぞれのコイルは接地可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
更に、前記電源と第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記マッチング回路網は、前記電源と電力分配回路網との間に接続されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記マッチング回路網は、１つ以上の可変キャパシタを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記マッチング回路網は、直列キャパシタを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記マッチング回路網は、更に前記電源とグランドとの間に接続された並列キャパシタを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
更に、チャンバ上に配置された第３のコイルと、
前記第１の電力分配回路網と前記第３のコイルとの間に接続された第２の電力分配回路網と、
を備え、
前記第２の電力分配回路網は、
前記第１の電力分配回路網と前記第３のコイルとの間に接続された第２の直列キャパシタと、
前記第３のコイルと前記第１の電力分配回路網との間のノードに接続された第２の並列キャパシタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
更に、前記コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのセンサーは、少なくとも１つの電流センサーを有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
更に、前記少なくとも１つのセンサーから測定された電流データに応答して、前記電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調整するために接続されたコントローラを有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
更に、各々のコイルとグランドとの間に接続された、接地しているキャパシタを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
電源から２つ以上のコイルへ電力を供給するための装置であって、
前記電源と第１のコイル間の接続と、
前記電源と第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された接地可能な並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記ノードは、前記電源と前記直列キャパシタ間にあることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ノードは、前記第２のコイルと前記直列キャパシタ間にあることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記並列キャパシタは、可変キャパシタを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記直列キャパシタは、可変キャパシタを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
更に、１つ以上のコイルを通して流れる電流を測定するように配置された１つ以上の電流センサーと、
前記１つ以上のセンサーから測定された電流データを受信するために接続されたコントローラと、
を有し、
前記コンとローラは、１つ以上のキャパシタを調節することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２４】
各々のコイルとグランドとの間に接続された１つ以上の接地しているキャパシタを有することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２５】
プラズマ処理用の装置であって、
チャンバと、
チャンバ上に配置された第１のコイル及び第２のコイルと、
電源と、
前記電源と前記第１及び第２のコイルとの間に接続され、少なくとも１つのリアクタンス素子を有する電力分配回路網と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項２６】
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第１のコイル間の接続と、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列リアクタンス素子と、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列リアクタンス素子と、
を有することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記並列リアクタンス素子は、可変キャパシタを有することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記直列リアクタンス素子は、可変キャパシタを有することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
１つの電源から複数のコイルへ電力を分配する方法であって、
前記電源とグランドとの間に第１のコイルを接続するステップと、
電力分配回路網を前記電源へ接続するステップと、
前記電力分配回路網とグランドとの間に第２のコイルを接続するステップと、
を備え、
前記電力分配回路網は、直列キャパシタと並列キャパシタを有することを特徴とする方法。
【請求項３０】
更に、後の電力分配回路網を前の電力分配回路網に接続するステップと、
前記後の電力分配回路網とグランドとの間に続くコイルを接続するステップを有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記並列キャパシタは、可変キャパシタを有し、前記方法は、更に、前記並列キャパシタの容量を制御するステップを有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
更に、１つ以上のコイルを通して流れる電流を測定するステップと、
１以上のコイルを通して流れる所望の電流を維持するために、前記並列キャパシタの容量を制御するステップと、
を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
更に、１つ以上のコイルを通して流れる電流を測定するステップと、
処理中に、１以上のコイルを通して流れる電流を変えるために、前記並列キャパシタの容量を制御するステップと、
を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
更に、前記第１のコイル及び前記第１の電力分配回路網を、マッチング回路網を介して前記電源に接続するステップを有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記直列キャパシタは、前記第２のコイルに直列に接続され、且つ前記並列キャパシタは、後のコイルに並列に接続されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記直列キャパシタと並列キャパシタの双方が可変キャパシタであり、
前記方法は、更に、コイル間に所定の電流比を維持するために、前記直列キャパシタと並列キャパシタンスの双方を可変にするステップを有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
更に、前記コイル間に所望の電流比、及び前記電源への接続点に所望インピーダンスを維持するために、直列及び並列キャパシタンスを変更するステップを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記コイル間に所望の電流比、及び前記コイルに流れる電流間に所望の位相関係を維持するために、直列及び並列キャパシタンスを変更するステップを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記コイル間に所望の電流比、及び前記コイルに流れる電流間に所望の位相関係を維持するために、直列及び並列キャパシタンスを変更するステップを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記コイル間の電流比を変えるが、前記コイルに流れる電流間に所望の位相関係を維持するために、直列及び並列キャパシタンスを変更するステップを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
更に、前記コイル間の電流比を変えるが、前記コイルに流れる電流間に所望の位相関係を約１０°以内に維持するために、直列及び並列キャパシタンスを変更するステップを有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
プラズマ処理用の装置であって、
ドーム形状の蓋を有するチャンバと、
前記チャンバのドーム形状の蓋の周りに配置された、外側の第１のコイル及び内側の第２のコイルと、
前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項４３】
前記直列キャパシタ及び並列キャパシタの少なくとも１つは、可変キャパシタであることを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
更に、コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーと、
前記少なくとも１つのセンサーからの測定された電流データに応答して、電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調節するために接続されたコントローラと、
を有することを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
更に、前記電源と前記第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有し、前記マッチング回路網は、前記電源と前記電力分配回路網との間にも接続されていることを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
プラズマを処理用の装置であって、
円筒状の側部及び平坦な上部を含む蓋を有するチャンバと、
前記チャンバの蓋の周りに配置された第１のコイル及び第２のコイルと、
前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記第１のコイルは、前記蓋の側部の周りに配置された側部コイルであり、且つ前記第２のコイルは、前記蓋の平坦部上に配置された上部コイルであり、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項４７】
前記直列キャパシタ及び前記並列キャパシタの少なくとも１つは、可変キャパシタであることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
更に、前記コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーと、
前記少なくとも１つのセンサーから測定された電流データに応答して、前記電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調整するために接続されたコントローラと、
を有することを特徴とする請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
更に、前記電源と前記第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有し、前記マッチング回路網は、前記電源と前記電力分配回路網との間にも接続されていることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
プラズマ処理用の装置であって、
平坦な蓋を有するチャンバと、
前記チャンバの平坦な蓋の周りに配置された第１のコイル及び第２のコイルと、前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記第１のコイルは、平らな多巻回外側コイルであり、且つ前記第２のコイルは、平らな多巻回内側コイルであり、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項５１】
前記直列キャパシタ及び前記並列キャパシタの少なくとも１つは、可変キャパシタであることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
更に、前記コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーと、
前記少なくとも１つのセンサーから測定された電流データに応答して、前記電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調整するために接続されたコントローラと、
を有することを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
更に、前記電源と前記第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有し、前記マッチング回路網は、前記電源と前記電力分配回路網との間にも接続されていることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５４】
プラズマ処理用の装置であって、
平坦な蓋を有するチャンバと、
前記チャンバの平坦な蓋の周りに配置された第１のコイル及び第２のコイルと、
前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記第１のコイルは、ヘリカルな多巻回外側コイルであり、且つ前記第２のコイルは、ヘリカルな多巻回内側コイルであり、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項５５】
前記直列キャパシタ及び前記並列キャパシタの少なくとも１つは、可変キャパシタであることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
更に、前記コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーと、
前記少なくとも１つのセンサーから測定された電流データに応答して、前記電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調整するために接続されたコントローラと、
を有することを特徴とする請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
更に、前記電源と前記第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有し、前記マッチング回路網は、前記電源と前記電力分配回路網との間にも接続されていることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
プラズマ処理用の装置であって、
平坦な蓋を有するチャンバと、
前記チャンバの平坦な蓋の周りに配置された第１のコイル及び第２のコイルと、
前記第１のコイルに接続された電源と、
前記第２のコイルと前記電源との間に接続された電力分配回路網と、
を備え、
前記第１のコイルは、単一巻回外側コイルであり、且つ前記第２のコイルは、単一巻回内側コイルであり、
前記電力分配回路網は、
前記電源と前記第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタと、
前記第２のコイルと前記電源間のノードに接続された並列キャパシタと、
を有することを特徴とする装置。
【請求項５９】
前記直列キャパシタ及び前記並列キャパシタの少なくとも１つは、可変キャパシタであることを特徴とする請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
更に、前記コイル間の電力分配を測定するために配置された少なくとも１つのセンサーと、
前記少なくとも１つのセンサーから測定された電流データに応答して、前記電力分配回路網における１つ以上のキャパシタを調整するために接続されたコントローラと、
を有することを特徴とする請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
更に、前記電源と前記第１のコイルとの間に接続されたマッチング回路網を有し、前記マッチング回路網は、前記電源と前記電力分配回路網との間にも接続されていることを特徴とする請求項５８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に単一電源から多数の素子への制御可能な電力分配に関し、特に、ＲＦプラズマリアクタに設けられた複数の無線周波数(radio frequency: RF)コイルへのＲＦ電力の分配に関する。
【０００２】
（背景技術）
プラズマリアクタは、一般にエッチングプロセス及び化学気相堆積プロセスを含む、半導体ウエハ上でいろいろなプロセスを行なうステップに用いられる。誘導結合されたＲＦプラズマリアクタは、一般にリアクタチャンバの周りに巻かれ、プラズマ源のＲＦ電源に接続された誘導コイルアンテナを有する。誘導結合されたＲＦプラズマリアクタは、イオン攻撃によるウエハの損傷の増加を避けながら、高い製造スループットのための非常に高いプラズマイオン密度を達成することができる。
【０００３】
誘導結合されたＲＦプラズマリアクタは、一般にリアクタチャンバに導かれた特定のプロセスガスまたはガス混合物を含んで、いろいろな処理パラメータに大きく依存することができるプラズマイオン密度の分布を有する。例えば、プラズマイオン密度は、１つのプロセスガスに対してウエハの中央で高く、且つ周辺で低く、一方他のプロセスガスに対しては、それは反対のパターン（すなわち、ウエハの中央で低く、ウエハの周辺で高い）を有することがある。結果的に、リアクタ内のウエハ表面を横切って商業的に受け入れ可能な均一性を与えるために、ＲＦコイルの設計は、各々の異なったプロセスまたはプロセスガスに対して必要に応じて改造される。複数のＲＦコイルは、一般に２つであって、処理チャンバ内のプラズマの均一性を改善するために用いられ、且つ各々のＲＦコイルは、ＲＦコイルに配分されるＲＦ電力の量を制御するために専有される個々のマッチング回路網を通して分離した個々のＲＦ電源に接続されている。
【０００４】
図１は、チャンバの蓋の上に設けられた２つのＲＦコイルを有する従来の代表的なプラズマ処理チャンバの断面の概略図である。プラズマ処理チャンバは、一般にほぼ円筒状の側壁１５とドーム形状の天井２０を含む真空チャンバ１０を有する。ガスの入口チューブ２５がプロセスガス（例えば、エッチング処理には塩素）をチャンバ１０に供給する。基板支持部材、すなわちウエハペデスタル３０が基板、例えば半導体ウエハ３５をチャンバ１０内に支持する。また、ＲＦ電源４０が従来のＲＦインピーダンスマッチング回路網４５を介してペデスタル３０に接続される。プラズマがドーム形状の天井の異なる部分の周りに巻かれた一対の独立した（電気的に分離した）アンテナループ、すなわちＲＦコイル５２、５４から成るコイルアンテナ５０から誘導結合されたＲＦ電力によってチャンバ内に点弧され、維持される。図１に示された実施例において、２つのループは、ドーム形状の天井２０の対称軸とウエハペデスタル３０とウエハ３５の対称軸と一致する共通の対称軸の周りに巻かれる。
【０００５】
第１のＲＦコイル５２は、ドーム形状の天井２０の下部の周りに巻かれ、一方第２のＲＦコイル５４は、天井２０の上部中央に配置される。第１及び第２のＲＦコイル５２、５４は、第１と第２のＲＦインピーダンスマッチング回路網７０、７５を介してそれぞれ第１と第２のＲＦ電源６０、６５に接続される。各々のＲＦコイル５２、５４におけるＲＦ電力は別々に制御される。第１のＲＦコイル（下部/外部アンテナループ）５２に供給されたＲＦ電力信号は、ウエハの周辺近くのプラズマイオン密度に主に影響を与え、一方第２のＲＦコイル（上部、内側アンテナループ）５４に供給されたＲＦ電力信号は、ウエハ３５の中央近くのプラズマイオン密度に主に影響を与える。ＲＦコイルの各々に供給されたＲＦ電力信号は、基板支持部材上に配置された基板上のプラズマイオン分布の実質的な均一性を達成するために、互いに関して調節される。
【０００６】
独立したＲＦ電源及びそれぞれのＲＦコイルに関連したＲＦインピーダンスマッチング回路網の追加は、処理チャンバ上に用いられるそれぞれ追加のＲＦコイルに対する装置と動作コストを増加し、結果としてウエハを処理するためのコストを増加することになる。更に、独立したＲＦ電源とマッチング回路網の構成は、コイルのインピーダンスをマッチングするのに困難性を示し、各々のコイルに供給されるプラズマ電力を制御するのに多くの困難性を導く。
【０００７】
多くのコイルを有する誘導結合されたプラズマリアクタにおいてプラズマ電力を制御する他の試みは、電源から各々のコイルへの接続をスイッチするための複数の高電力リレーを利用する。しかし、このスイッチング機構は、コイルの効率的な動作を与えないし、連続して、各々のコイルへ供給される電力の充分な制御を行なわない。
【０００８】
従って、処理チャンバ内に配置された基板を横切って制御可能なプラズマの均一性を与える、単一電源からプロセスチャンバ上に設けられた複数のコイルへ電力を配分するための装置を必要とする。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、一般に単一電源から処理チャンバ内に配置された基板を横切って制御可能なプラズマの均一性を与える処理チャンバ上に設けられた複数のコイルへ電力を配分するための方法及び装置を提供する。
【００１０】
電源からプロセスチャンバ上に設けられた２つまたはそれ以上のコイルへ電力を分配するための本発明の装置は、電源から、該電源と第１のコイル間の接続；電源と第２のコイル間に接続された直列キャパシタ；及び第２のコイルと電源間のノードに接続され、グランド（接地）へ接続可能である並列キャパシタを有する。
【００１１】
１つの電源から複数のコイルへ電力を分配する本発明の方法は、電源とグランド接続間に第１のコイルを接続するステップ；電力分配回路網を電源に接続するステップを有し、該電力分配回路網は直列キャパシタと並列キャパシタを有し、且つ該電力分配回路網とグランド接続間に第２のコイルを接続するステップを有する。
【００１２】
又、本発明は、チャンバ；該チャンバ上に配置された第１と第２のコイル；第１のコイルに接続された電源；及び第２のコイルと電源との間に接続された電力分配回路網を提供し、該電力分配回路網は、電源と第２のコイルとの間に接続された直列キャパシタ；第２のコイルと電源との間のノードに接続され、グランドに接続可能である並列キャパシタを有する。
【００１３】
（実施例）
図２は、本発明によるプラズマ処理チャンバの断面の概略図である。プラズマ処理チャンバは、一般にほぼ円筒状の側壁１１５とドーム形状の蓋１２０を有する真空チャンバを有する。ガスの入口１２５は１つ以上のプロセスガスをチャンバ１１０へ供給する。基板支持部材１３０は、チャンバ１１０内に基板、例えば半導体ウエハ１３５を支持する。ＲＦ電源１４０が従来のＲＦインピーダンスマッチング回路網１４５を介して基板支持部材へ接続される。プラズマがドーム形状の天井の異なる部分の周りに巻かれた複数のＲＦコイル１５２、１５４を有するコイルアンテナから誘導結合されたＲＦ電力によってチャンバ１００内に点弧され、維持される。
【００１４】
図２に示された実施例において、２つのループがドーム形状の蓋１２０の対称軸及び基板支持部材１３０の対処軸に一致する共通の対称軸の周りに巻かれる。第１のＲＦコイル１５２は、ドーム形状の蓋１２０の下部の周りに巻かれ、一方第２のＲＦコイル５４は蓋２０上の中央に配置される。第１と第２のＲＦコイル１５２、１５４は、本発明のＲＦ電力分配回路網１７０を介して単一のＲＦ電源１６０に接続される。任意に、ＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５をＲＦ電源１６０とＲＦ電力分配回路網１７０の間に接続することもできる。
【００１５】
各々のＲＦコイル１５２、１５４に供給されたＲＦ電力は、ＲＦ電力分配回路網１７０によって制御される。第１のＲＦコイル（すなわち下部/外側のアンテナループ）１５２に供給されたＲＦ電力信号は、ウエハ１３５の周辺近くのプラズマイオン密度に主に影響を与え、一方第２のＲＦコイル（上部/内側アンテナループ）１５４に供給されたＲＦ電力信号は、ウエハ１３５の中央近くのプラズマイオン密度に主に影響を与える。ＲＦコイルの各々に供給されたＲＦ電力信号は、基板支持部材上に配置された基板上に実質的に均一なプラズマイオン分布を達成するために、互いに関して調節される。
【００１６】
図３（ａ）は、本発明のＲＦ電力分配回路網１７０の１つの実施例の概略図である。このＲＦ電力分配回路網１７０は、ＲＦ電源１６０へ接続するための入力１７６、第１のＲＦコイル１５２へ接続するための第１の出力１７２、及び第２のＲＦコイル１５４へ接続するための第２の出力１７４を有する。図３（ａ）に示されるように、ＲＦ電力分配回路網１７０は、入力１７６を第１の出力１７２へ接続するバイパスライン１７８、入力１７６と第２の出力１７４間に接続された直列キャパシタ１８０、及び第２の出力１７４とグランド（接地）間に接続された並列キャパシタ１９０を有する。
【００１７】
また、双方のＲＦコイル１５２、１５４も接地されている。実質上，電気的には、並列キャパシタ１９０は、第２のＲＦコイル１５４と並列に接続され、直列キャパシタ１８０は、並列キャパシタ１９０と第２のＲＦコイル１５４の並列組み合わせに直列に接続される。この直列/並列の組み合わせは、好ましくはＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５を介して第１のＲＦコイル１５２と並列にＲＦ電源に接続される。
【００１８】
直列キャパシタ１８０及び並列キャパシタ１９０は、キャパシタの容量を変えるためのコントローラによって制御することができる１つ以上の可変キャパシタを有することができる。キャパシタ１８０、１９０のいずれか一方または双方を可変キャパシタにすることができる。１つの好適な実施例において、直列キャパシタ１８０は固定容量値を有するキャパシタを含み、一方並列キャパシタは可変キャパシタを含む。
【００１９】
図３（ｂ）は、ＲＦ電力分配回路網１７０Ｃの他の実施例の概略図である。図３（ｂ）に示された素子は、可変キャパシタである直列キャパシタ１８０Ｃを除いて図３（ａ）に示されたものと同じである。図３（ｂ）に示されたＲＦ電力分配回路網１７０Ｃは、２つのコイル間の電力分配に対する制御に更なる柔軟性を与える。何故ならば、直列キャパシタンス及び並列キャパシタンスが共に調節可能だからである。
【００２０】
図４は、直列及び並列キャパシタの容量値を変えることによって生じる２つのＲＦコイルを通して流れる電流Ｉ1及びＩ2の比に与える影響の示すグラフである。図示されているように、電流比Ｉ1/Ｉ2は、直列キャパシタまたは並列キャパシタのいずれかの容量値を調節することによって所望の値に変えることができる。
【００２１】
１つの好適な実施例において、並列キャパシタは可変キャパシタを有し、２つのコイル間の電力分配は、並列キャパシタ１９０の容量を調節することによって制御される。一般に、並列キャパシタを変えることによって、Ｉ1：Ｉ2の比は、約０.２〜約０.５調整される。好ましくは、チャンバ内のプラズマイオン濃度の形成に柔軟性を与えるために、並列キャパシタ１９０の容量は、約１：３と約３：１の間のＩ1：Ｉ2の比を与えるように変えられる。例えば、図３（ａ）に示された構成に対して、１３.５６ＭＨｚで動作するＲＦ電源、並列可変キャパシタ１９０、及び約６５ｐＦの直列固定キャパシタ１８０を用いて、Ｉ1/Ｉ2の電流比は、約１００ｐＦと約２００ｐＦの間で並列キャパシタを調節することによって、約０.４から約２.０まで調整することができる。他の例として、直列可変キャパシタ１８０と約１１５ｐＦの並列固定キャパシタ１９０を用いる他の構成では、 Ｉ1/Ｉ2の電流比は、約５０ｐＦと約１５０ｐＦの間で直列キャパシタを調節することによって、約０.５６から約０.８５まで調整することができる。
【００２２】
図１０は、二重ヘリカルコイルを有するプラズマ処理チャンバにおける半径位置対イオン密度のグラフである。図示されるように、電流比Ｉ1/Ｉ2が約１：１ならば、チャンバを通る中心軸から約１００ｍｍ半径以内で実質的に均一なプラズマイオン密度（約±３％）になる。また、電流比Ｉ1/Ｉ2が約５：１ならば、プラズマイオン密度は、約１８０ｍｍ半径以内で実質的に均一（約±４％）である。本発明は、処理中にプラズマイオン密度の制御を行い、処理中にプラズマ密度に影響を与えることができる他の処理パラメータを調節するために、電流比がプロセスレシピのいろいろな時間期間の間に変えられる。
【００２３】
本発明の電力分配回路網は、リアクタンス素子、例えばキャパシタを用いてコイルの各々に流れるＲＦ電流の積極的制御を行なう。一般に、各々のコイルに供給される電力は、実成分と無効成分を有し、本発明は、２つのコイル間で電力の分配を変えるために各々のコイルへ供給される電力の無効成分を変えている。各々のコイルに供給される電力の実成分は、電力分配回路網によって実質的に影響されずに残っている。
【００２４】
更なる利点として、電力分配回路網は、電源からコイルへの電力の転送効率を低下させないし、回路（すなわち、コイルを含む）の全インピーダンスを著しく変えることがない。電力の転送効率は、一般に本発明の電力分配回路網によって影響されない。何故ならばこの回路網は、無視できる抵抗性の損失を有する容量性素子のみを有するからである。本発明によって得られる関連した利点は、電源から見たインピーダンス（すなわち負荷）は所望の値に保たれ、一方電流比は電力分配回路網によって変えられる。電力分配回路網の直列キャパシタンスと並列キャパシタンスの調整によって、電源に対する負荷インピーダンスは実質的に変らない。
【００２５】
本発明の電力分配回路網の更なる利点は、たとえ電流比が変えられても、多くの電源コイルにおけるＲＦ電流に対して共通の位相角を維持する能力である。ＲＦ電流における共通の位相関係を制御する能力は、制御可能なプラズマの均一性を達成する場合の主なファクターである。何故ならば、隣接する電源コイルにおける位相ずれのＲＦ電流が実質的な相殺効果を生じ、それによってプラズマ負荷から離れて電力分配をシフトする。本発明は、コイルにおける電流間の位相関係の制御を行ない、一方で、電流比が変えられる。一般に、本発明は、２つのコイルにおける電流間で約１０度より少ない位相差を維持する。
【００２６】
図５は、本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。ＲＦ電力分配回路網１７０ａは、ＲＦ電源１６０に接続する入力１７６ａ、第１のＲＦコイル１５２に接続するための第１の出力１７２ａ、及び第２のＲＦコイル１５４に接続するための第２の出力１７４ａを含む。図５に示されるように、ＲＦ電力分配回路網１７０ａは、入力１７６ａを第１の出力１７２へ接続するバイバスライン１７８ａ、入力１７６ａと第２の出力１７４ａ間に接続された直列キャパシタ１８０ａ、及び入力１７６ａとグランド間に接続された並列キャパシタ１９０ａを有する。
【００２７】
ＲＦコイル１５２、１５４の双方は、グランド接続（接地）されている。実際上は、電気的には、並列キャパシタ１９０ａは、第１のＲＦコイル１５２に並列に接続され、直列キャパシタ１８０ａは、第２のＲＦコイル１５４に直列に接続されている。好ましくは、ＲＦインピーダンス回路網１７５は、入力１７６ａとＲＦ電源１６０との間に接続されている。また、ＲＦ電力分配回路網の他の実施例は、直列キャパシタまたは並列キャパシタのいずれかの容量を調整することによって、電流比Ｉ1/Ｉ2を調整可能にしている。
【００２８】
図６は、ＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５の概略図である。このＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５は、ＲＦ電源１６０に接続される入力、およびＲＦ電力分配回路網１７０または１７０ａの入力１７６または１７６ａに接続される出力１９４を有する。ＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５は、入力１９２と出力１９４との間に接続された直列キャパシタ１９６、及び入力１９４とグランドとの間に接続された並列キャパシタ１９８を含む。直列及び並列キャパシタ１９６、１９８は、可変キャパシタであるのが好ましい。代わりに、直列及び並列キャパシタ１９６、１９８のいずれか一方または双方が可変キャパシタであってもよい。ＲＦインピーダンスマッチング回路網１７５は、ＲＦ電源１６０からＲＦコイル１７０、１７５へ効率的な、または最適な電力転送を行うように調整することができる。
【００２９】
図７は、本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。このＲＦ電力分配回路網１７０ｂは、ＲＦ電源１６０へ接続するための入力１７６ｂ、第１のＲＦコイル１５２へ接続するための第１の出力１７２ｂ、及び第２のＲＦコイル１５４へ接続するための第２の出力１７４ｂを有する。ＲＦ電力分配回路網１７０ｂは、入力１７６ｂを第１の出力１７２ｂへ接続するバイパスライン１７８ｂ、入力１７６ｂと第２の出力１７４ｂとの間に接続される直列キャパシタ１８０ｂ、及び第２の出力１７４ｂとグランドとの間に接続される並列キャパシタ１９０ｂを有する。ＲＦコイル１５２、１５４の各々は、任意の接地されるキャパシタ１８８を介して接地されるのが好ましい。
【００３０】
図７に示された実施例に対して、直列キャパシタ１８０ｂは、固定キャパシタを、また並列キャパシタ１９０ｂは、可変キャパシタを有する。第１の電流センサー１８２が第１のＲＦコイル１５２とインラインに、また第２の電流センサー１８４が第２のＲＦコイル１５４とインラインに配置されている。コンピュータまたはマイクロプロセッサを有するコントローラ１８６が電流センサー１８２、１８４、及び並列キャパシタ１９０ｂに接続されている。電流センサー１８２、１８４は、それぞれのＲＦコイル１５２、１５４に流れる電流を測定または感知し、測定された電流データをコントローラ１８６へ与える。コントローラ１８６は、センサー１８２、１８４によって与えられたデータに応答して並列キャパシタ１９０ｂの容量を制御し、そして均一なプラズマイオン密度を生じる所望の電流比Ｉ1/Ｉ2を維持するように、並列キャパシタ１９０ｂの容量を調節または変更する。
【００３１】
図８は、多くのＲＦコイルを有するプラズマ処理チャンバに有用な本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。図８に示されるように、複数のＲＦコイル２０２i（ただし、ｉ＝１〜ｎ）が単一のＲＦ電源２０４に、好ましくはＲＦインピーダンスマッチング回路網２０６を介して接続される。それぞれのＲＦコイル２０２iは接地されている。第１のＲＦコイル２０２1は、ＲＦ電力分配回路網のないＲＦインピーダンスマッチング回路網２０６の出力に接続されているが、それに続くそれぞれのＲＦコイル２０２i（ただし、ｉ＝２〜ｎ）は、ＲＦ電力分配回路網２１０j（ただし、ｊ＝ｉ−１）を有する。
【００３２】
第２のＲＦコイル２０２2はＲＦ電力分配回路網２１０1に接続され、この組み合わせは第１のＲＦコイルとピギーバック形式(piggy-back fashion)に接続される。同様に、それに続く、ＲＦコイル２０２iとＲＦ電力分配回路網２１０jのそれぞれの組み合わせが前のＲＦコイル２０２i-1にピギーバック形式に接続され、続くＲＦコイルの分岐（ブランチ）間に接続される１つのＲＦ電力分配回路網が得られる。それぞれのＲＦ電力分配回路網２１０jは、ＲＦ電力分配回路網の入力２１４jと出力２１６jとの間に接続された直列キャパシタ２１２j、及び出力２１６jとグランドとの間に接続された並列キャパシタ２１８jを有する。代わりに、並列キャパシタ２１８jは入力２１jとグランドとの間に接続されてもよい。
【００３３】
直列キャパシタ２１２jと並列キャパシタ２１８jは、キャパシタの容量を変更するためのコントローラ２２０によって制御することができる１つ以上の可変キャパシタを有することができる。キャパシタ２１２j、２１８jのいずれか一方または双方を可変キャパシタとすることができる。直列キャパシタ２１２jは固定容量値を有するキャパシタを有し、一方並列キャシタ２１８jは可変キャパシタを有するのが好ましい。それぞれのＲＦコイルを通して流れる電流は、ＲＦコイルと関連する可変キャパシタ（すなわち、直列または並列キャパシタ）の容量値を調整することによって、所望の値に変えられる。任意に、ＲＦコイルを通して流れる電流を測定または感知するために、複数のセンサー２２２iをそれぞれのＲＦコイルとインラインに配置することができる。チャンバ内に所望のプラズマイオンの均一性を与え、維持するデータに応答して、可変キャパシタの容量を調節するコントローラ２２０に電流データを与えるために、センサー２２２iが接続される。
【００３４】
本発明は、横側のコイルと上部コイルを有するドーム形状の蓋を有するプロセスチャンバを用いて説明したけれども、本発明は、エッチング、堆積、及び他のプラズマ処理を含むいろいろな基板処理のための複数のＲＦコイル、すなわちアンテナループを有するプロセスチャンバの他の設計に応用可能であることを理解すべきである。
【００３５】
図９（ａ）〜（ｅ）は、電力分配回路網１７０および任意のインピーダンスマッチング回路網１７５を介して電源１６０に接続される多重ＲＦコイルを用いるいろいろなチャンバ設計の断面概略図である。図９（ａ）〜（ｅ）に示されるチャンバ設計は、本発明によって予想されるチャンバの例として働き、本発明の、他のチャンバ設計への応用を制限するものではない。
【００３６】
図９（ａ）は、平坦な上部コイル９１２と横側のヘリカルコイル９１４を有する高密度プラズマ(a high density plasma: HDP)処理チャンバの蓋９１０の概略断面図である。図９（ｂ）は、同心円状の平坦な内側コイル９２２と外側コイル９２４を有するチャンバの蓋９２０の概略断面図である。図９（ｃ）は、平坦な処理チャンバの蓋９３０上に同心円状に配置された内側ヘリックス９３２と外側ヘリックス９３４を有する二重のヘリカルコイルプラズマ源の概略断面図である。図９（ｄ）は、処理チャンバの蓋９４０上に配置された同心状の平坦な単一巻回内側コイル９４２と外側コイル９４４を有する二重コイルプラズマ源の概略断面図である。図９（ｅ）は、ドーム形状の処理チャンバ９５０上に配置された二重コイルプラズマ源の概略断面図である。この二重コイルプラズマ源は、ドームの蓋の非平坦形状に沿う非平坦な上部/内側コイルアンテナ９５２及び横側/外側コイル９５４を含む。
【００３７】
前述のものは本発明の公的な実施例に向けられているけれども、本発明の他の及び更なる実施例は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考えることができ、本発明の範囲は、請求項によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】チャンバの蓋の上に配置された２つのＲＦコイルを有する一般的なプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理チャンバの概略断面図である。
【図３（ａ）】本発明のＲＦ電力分配回路網の１つの実施例の概略断面図である。
【図３（ｂ）】本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略断面図である。
【図４】直列及び並列キャパシタの容量値を変えることによって生じる２つのＲＦコイルを通して流れる電流比へ与える影響を示すグラフである。
【図５】本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。
【図６】ＲＦインピーダンスマッチング回路網の概略図である。
【図７】本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。
【図８】多数のＲＦコイルを有するプラズマ処理チャンバに有用な、本発明のＲＦ電力分配回路網の他の実施例の概略図である。
【図９（ａ）】多重ＲＦコイル用いるチャンバ設計の１つの概略断面図である。
【図９（ｂ）】多重ＲＦコイル用いるチャンバ設計の他の概略断面図である。
【図９（ｃ）】多重ＲＦコイル用いるチャンバ設計の他の概略断面図である。
【図９（ｄ）】多重ＲＦコイル用いるチャンバ設計の他の概略断面図である。
【図９（ｅ）】多重ＲＦコイル用いるチャンバ設計の他の概略断面図である。
【図１０】二重ヘリカルコイルを有するプラズマ処理チャンバ内のイオン密度対半径位置のグラフである。
【図１】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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