(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクター槽と、加工中、該槽内で加工物支持平面に加工物を保持するための加工物支持体であって、該槽は、前記支持平面に対向する平坦な天井板を有するリアクター囲壁部を備える、該加工物支持体と、
前記天井板に対向する複数の誘導アンテナであって、前記槽に電力を結合するように適合されている、該複数の誘導アンテナと、
前記複数の誘導アンテナに結合されたＲＦプラズマ源電源と、
を備え、
前記複数の誘導アンテナは、内側の誘導アンテナと外側の誘導アンテナを含み、
前記内側の誘導アンテナは、前記支持平面から伸びた軸に沿って垂直に積み重ねられた複数の巻き線を備え、
前記外側の誘導アンテナは、垂直に積み上げられておらず、
前記内側の誘導アンテナと前記外側の誘導アンテナは、同心であり、該内側の誘導アンテナと該外側の誘導アンテナとの間に空間を形成するように離間して設けられており、
前記内側の誘導アンテナと前記外側の誘導アンテナとの間の前記空間において前記天井板に設けられた温度制御要素を更に備える、
プラズマリアクター。
【請求項２】
前記ＲＦプラズマ源電源は、異なるＲＦ電力レベルを前記複数の誘導アンテナのうち異なる誘導アンテナに印加する能力を有する、請求項１記載のリアクター。
【請求項３】
前記少なくとも一つ誘導アンテナの高さを該少なくとも一つの誘導アンテナの幅で割った値が、前記天井板の高さを該天井板の幅で割った値を超える、請求項１記載のリアクター。
【請求項４】
前記外側の誘導アンテナは、前記支持平面を横切る方向に空間を空けて配置された巻回部を備える、請求項１記載のリアクター。
【請求項５】
前記複数の誘導アンテナは、前記天井板の上に位置し、前記槽の外側に配置されている、請求項１記載のリアクター。
【請求項６】
前記支持平面の中心及び円周の近くに、各々がガス注入口を有する独立した複数のガス供給路を含む請求項１に記載のリアクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工されるべき加工物の上に位置するリアクター天井板及び天井板に隣接する誘導アンテナを有する電磁結合ＲＦプラズマリアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁結合ＲＦプラズマリアクター（inductively coupled RF plasma reactor）は、加工物、例えば半導体ウエハの種々の加工を成すために用いられている。図１を参照すると、電磁結合ＲＦプラズマリアクターの一つのタイプは、天井板１２及び筒状の側壁１４を含むリアクター槽１０を有する。台座１６は、加工物１８例えば半導体ウエハを支持しており、加工物が一般には加工物支持平面に横たわり、そしてバイアスＲＦ電流発生器が台座１６に連結されている。一般的な平面コイルアンテナ２０は、天井板１２の上に位置しておりそしてプラズマ源ＲＦ電流発生器２２に連結されている。他のタイプ、例えば容量性結合ＲＦプラズマリアクターに対する電磁結合ＲＦプラズマリアクターの主要な利点は、より高いイオン密度を電磁結合タイプを用いて達成できる点である。
【０００３】
十分なエッチング選択性がより高い槽圧での操作にて達成される。（エッチング選択性なる語は、リアクター槽中でエッチングに曝された２つの異なった物質のエッチング率の比を意味する。）このことは、上に位置する酸素含有（例えば、酸化珪素）層のエッチングの間、下に位置する非酸素含有（例えば、珪素、ポリシリコン又はフォトレジスト）の層を保護するために、典型的には高い密度のプラズマエッチングリアクター槽中で用いられる重合化行程が、低い槽圧より高い槽圧（例えば、約２０〜５００ｍＴ超）にてより効率的であるからである。槽中のポリマー前駆体ガス（例えば、炭化フッ素ガス又はフッ化炭化水素ガス）は、特に高い槽圧で、非酸素含有表面（例えば、珪素又はフォトレジスト）上で強く、そして酸素含有表面（例えば、酸化珪素）上でもっぱら弱く重合する傾向があり、それ故、非酸素含有表面はエッチングから相対的によく保護されるのに対し、酸素含有表面（例えば酸化珪素）は相対的に保護されずエッチングされる。重合化率は、より高い圧力例えば１００ｍＴにてより高いので、このような重合化工程は、酸化物対珪素のエッチング選択性をより高い槽圧にてより高める。それ故、非酸素含有層より多くの酸素含有層をプラズマエッチングするときは比較的高い槽圧にて操作されるのが望ましい。例えば、ある操作条件、例えば５ｍＴの槽圧下では、３：１より小さい酸素対フォトレジストエッチング選択性が得られ、そして圧力を５０〜１００ｍＴまであげると選択性は６：１超まで増加した。酸素対ポリ珪素エッチング選択性は、同様の挙動を示した。
【０００４】
（エッチング選択性をあげるために）槽圧を増加することに伴う問題は、ウエハ表面を横切るプラズマイオンの空間の密度分布が均一でなくなることである。このことが起こる原因は２つある。（１）プラズマ中の電子の平均の自由路が圧力に伴って減少すること、及び（２）プラズマ中の誘導場の表皮深度（skin depth）が圧力に伴って増加することである。これらの２つの要因がプラズマイオン空間密度分布にどのように影響するかを以下に説明する。
【０００５】
上記の（１）に関しては、電子対中性種の弾性衝突平均自由路長（これは、槽圧に反比例する）は、より均一な電子及びイオン分布を槽中に提供するために、電子が他のガス粒子との再結合を避けてプラズマを通って拡散することができる程度を決定する。典型的には、電子は、（例えば、不均一な誘導アンテナパターンによって）槽全体に均一には発生せず、そして、プラズマの全体での電子の拡散が、このことを補償しより大きな電子及びプラズマイオン空間密度分布均一性を提供する。（プラズマイオンは、加工ガス粒子の高エネルギーの電子との衝突により発生するので、ウエハ表面を横切る電子空間密度分布はプラズマイオン空間密度分布に影響する）。槽圧を増加させることは、プラズマ中の電子の拡散を抑え、それによって、プラズマイオン空間密度分布均一性を減少する（落とす）。
【０００６】
この問題は、図１を参照することにより理解されるであろう。図１においては、誘導アンテナ２０はその環状対称性ゆえに、もし電子がウエハ中心の上で生じたとしても非常に小さいので、アンテナ対称軸に沿って空（null）または局所的な最小を有するアンテナパターン（すなわち、誘導された電界の強度の空間分布）を有する。低い槽圧においては、ウエハの中心近くの領域での電子の発生が不足しているにも関わらず、アンテナ２０と加工物１８の間の空間（ギャップ）への電子の拡散は上記領域中に電子を移動するのに十分であり、それによって、ウエハ表面にてより均一なプラズマ分布が提供される。圧力を増加させると、電子の拡散は減少し、そしてプラズマイオン分布はより均一でなくなる。
【０００７】
関連する問題は、全体のプラズマ密度が、加工物１８においてより、天井板１２近く（ここでは、熱い電子の密度が最大である）でより大きく、そして槽圧の増加に伴って天井板１２からより容易に遠ざかることである。例えば、１ｍＴの槽圧、５ｅＶの平均電子温度でのアルゴンプラズマ中の電子平均自由路は１０ｃｍのオーダーであり、１０ｍＴではそれは１．０ｃｍのオーダーであり、そして１００ｍＴではそれは０．１ｃｍのオーダーである。従って、典型的な用途では、５ｃｍの天井板−加工物間のギャップのために、天井板１２近くで生じた電子のほとんどは、１ｍＴの槽圧で加工物に到達し（加工物での最大イオン密度）、そして１０ｍＴでは多くの数が到達し、一方、１００ｍＴではほとんど到達しない（加工物での最小イオン密度）。従って、高圧様式は、平均自由路長が、天井板−加工物間のギャップの約１／１０以上の場合の様式であるということができる。槽圧を減少することなしに（エッチング率及びリアクター槽処理量をあげるために）加工物１８での全体のプラズマイオン密度を増加させる一つの方法は、ギャップを狭めて、ギャップに対する平均自由路長の比をより大きくすることである。しかしながら、このことは、以下にさらに述べるように、槽圧を増加させることによって発生する他の問題をさらに悪化させる。
【０００８】
上記の項目（２）に関しては、誘導場表皮深度は、プラズマを通る深さ（これは天井板１２から下方向に測定される）に対応し、その中ではアンテナ２０の誘導場がほぼ完全に吸収される。図２は、アルゴンプラズマ中の表皮深度が、どのようにして、約０．００３ｍＴの閾値圧（この値未満では、表皮深度は事実上、圧力に対して一定である）を超えた槽圧にて増加するかを説明している。図２はまた、電子と中性子の弾性衝突平均自由路長が、圧力の増加にともなって直線的に減少することを破線曲線で示している。図２中にグラフで示されている表皮深度の機能は、２ＭＨｚの供給源周波数及び５・１０17  電子／ｍ3のアルゴンプラズマ密度を想定している。（電子−負ガスでの対応するプラズマ密度はより小さく、図２の曲線は、電子−負ガスの導入に伴って上へとシフトすることを注記しておく。）図２のグラフは、アルゴン中で５ｅＶの電子温度に対して、衝突横断面を用いて求めた。（アルゴンの代わりに分子ガス、例えばＣ2Ｆ6を用いて、表皮深度を所与の圧力にてより大きくしかつ図２の曲線全体を上へとシフトさせるためには衝突断面積をより大きくするということを注記しておく。）もし、誘導場が天井板１２に隣接する天井板−加工物間のギャップの小さな分数（例えば、１／１０）内で吸収されるような槽圧である場合（図２の例における５ｃｍのギャップのための１ｍＴの圧力に対応する）、そのときは、（ギャップの残された９／１０全体での）電子の拡散は、加工物表面にてより均一なプラズマイオン分布を生み出す。しかしながら、圧力の増加及び表皮深度の増加（例えば、ギャップの約１／１０を超える）に伴って、そのときは、電子拡散はより少ない影響を有する傾向がある。従って、長い表皮深度形態の測定は、表皮深度が、供給源−加工物間のギャップ長の約１／１０以上の場合である。たとえば、もし圧力があまりに大きくて表皮深度が天井板−加工物間の間隙に等しい場合（図２の例においては、５ｃｍのギャップのために約１００ｍＴの圧力に対応する）は、そのときは、アンテナのパターンの空または局所の最小化が加工物１８の表面に延び、電子の拡散が加工物の加工におけるアンテナパターンの空の影響を補償することを効果的に妨げる。このような問題は、例えば、天井板−加工物間の間隙を、加工物表面での全体のプラズマ密度を増加させるために減少させたときに起こりうる。小さな天井板−加工物間の間隙及び高い槽圧に関連する問題は、電子が加工ガス中の粒子と再結合できないばかりでなく、天井板１２の表面及び加工物１８との衝突によっても再結合できず、それ故、他の領域で生じた電子にとっては加工物中心に近接した領域中への拡散はより困難となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
要約すると、ウエハにおけるプラズマイオン密度は、軸対照的なアンテナ／天井板２０、１２及び加工物１８間のギャップを減少することにより高められ得る。しかし、もしギャップがあまりに減少されて誘導場表皮深度がギャップに対してかなりの割合（≧１０％）になった場合、そのときは、加工物中心のイオン密度は、アンテナパターンの中心の空のために端に対してかなり低下する。しかしながら、ギャップに対する表皮深度の比がより小さくそして電子拡散が十分な場合（低い槽圧の特徴）は、加工物中心からかなり離れて生じる電子が、ガス相再結合又は表面再結合へと失われる前に中心領域へと拡散することができ、それによって、アンテナパターンの中心の空を補償する。しかし、（加工物での全体のプラズマ密度を増加させるために）ギャップが減少され、そして（エッチング選択性を高めるために）槽圧が増加されるのに伴って、そのときは、（１）加工物中心の上の誘導された電界が、その領域で電子が作られないように空に近ずき、そして（２）他の領域で生じた電子は一般的に、ガス粒子及び槽（例えば、天井板）表面との再結合のために、加工物中心領域へと拡散できない。
【００１０】
従って、ウエハ−コイル間の距離が（例えば、ウエハ表面近くのプラズマ密度を高めるために）リアクターの設計者によって減少されるのに伴って、プラズマイオン密度は、ウエハ中心で減少し、そして結局は、非常に短いウエハ−アンテナ間の距離にて、許容できない加工非均一性を生じさせる中心の空となる。例えば、このようなリアクター中で行われるプラズマエッチング加工においては、ウエハ中心のエッチング率は他よりあまりに小さいので、ウエハの円周近くを過剰エッチングすることなしにウエハ表面全体を横切っての完全なエッチングをなすことは不可能になる。逆に言えば、ウエハ中心を過小エッチングすることなしにウエハの円周にて過剰エッチングを避けることは不可能になる。従って、問題は、加工の非均一性という不純物の不利を招くことなく、ウエハ−アンテナ間の距離を減少させる方法を見いだすことである。
【００１１】
この問題を解決する又は少なくとも改善する一つのアプローチは、米国特許出願番号０８／５０７７２６号明細書（１９９５年７月２６日にKenneth S. Collinsらによって、発明の名称「電気的に可変の密度プロファイルを持つプラズマ源」として出願されている）に開示されており、第二の独立して制御されるプラズマ源ＲＦ電流発生器２６に連結された外側の一般的な平面コイルアンテナ２４が、図１の内側のコイルアンテナ２０と同心にて天井板１２の上に配置されうる。この解決策の効力は、図３（ａ）〜（ｅ）のグラフから分かりうる。図３（ａ）は、加工物−天井板間の高さが４インチ（１０ｃｍ）での加工物１８の中心からの半径に対するプラズマイオン密度の相関を示しており、曲線Ａは、外側のコイルアンテナ２４によって生じるイオン密度であり、そして曲線Ｂは、内側のコイルアンテナ２０によって生じるイオン密度である。全体の得られるプラズマイオン密度は、これらの２つの曲線の合計であるが、簡単化のために示していない。図３（ａ）は、４インチ（１０ｃｍ）の高さにて、外側コイルアンテナ２４が均一なプラズマイオン密度分布を発生し、内側のコイルアンテナ２０は要求されないことを示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応するものであるが、ただし３インチ（７．５ｃｍ）の減少した加工物−天井板間の高さであり、そして外側のコイルアンテナ２４によって作られるプラズマイオン密度の穴が内側のコイルアンテナ２０によって発生される中心優勢のイオン密度によって補償されるということを示している。図３（ｃ）は、図３（ａ）に対応するものであるが、ただし２．５インチ（６．２５ｃｍ）のさらに減少した加工物−天井板間の高さであり、そして外側のアンテナ２４によって作られるプラズマイオン密度の中心の穴に対する内側のコイル２０による補償は、加工物−天井板間の高さがさらに減少したときでも、まだかなり効果的であることを示している。しかしながら、中心付近の全体の得られたプラズマイオン密度においてわずかな穴がこの高さ未満で現れ始めている。図３（ｄ）に示されているように、加工物−天井板間の高さがたったの１．２５インチ（約３．２ｃｍ）までさらに減少すると、内側及び外側のコイルアンテナ２０、２４によって作られるプラズマイオン密度においてかなりの穴が生じ、補償が非常に小さく、得られたプラズマイオン密度（示された２つの曲線の合計）はかなり非均一である。図３（ｅ）に示されるように、高さがさらに０．８インチ（２ｃｍ）に減少すると問題は悪化する。
【００１２】
図３（ａ）〜（ｅ）が示していることは、加工物中心付近のプラズマイオン密度の空の問題を解決するために内側及び外側のコイルアンテナを用いた場合でさえ、加工物−天井板間の高さがある値未満になると有効でなくなるということである。したがって、ウエハ−天井板間の高さは、加工均一性の犠牲なくしてはある係数の表皮深度未満には減少できない。一方、もしウエハ−天井板間の高さがそれほど減少できなければ、プラズマ密度及び加工性能は限定されてしまう。従って、加工均一性の犠牲なく、加工物−天井板間の高さを減少させる方法が必要とされている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマリアクター槽と槽の内部の加工物を保持するための支持体を定めるリアクター囲壁、リアクター囲壁に隣接しかつ加工物の平面に対して非平面的な様式にて隙間をあけて配置された誘導要素を含む非平面の誘導アンテナ、及び非平面誘導アンテナに連結されたプラズマ源ＲＦの供給電源含む電磁結合ＲＦプラズマリアクターに具現化される。或いは、アンテナの誘導要素の非平面的な配置は、誘導要素が、対称軸に交差する各平面上に適当に隙間を開けて配置されている。誘導アンテナは非対称又は対称のいずれでもあり得るが、誘導アンテナは好ましくは対称性のソレノイド巻き線、例えば誘導巻き線の垂直方向への積み重ねを含む。一般的には、本発明は、プラズマイオンの密度分布が加工物の表面を横切るように加工パラメーターを調節する手段を提供する。特に詳しくは、本発明は、アンテナのＲＦ誘導パターン中の空を補償する。該空は典型的にはアンテナの対称軸の近くにある。このことを達成するために、好ましい実施態様においては、巻き線は、小さな加工物−アンテナ間の距離で最適加工性を得るために加工物の中心の上で誘導場が強くなるように巻き線アンテナの対称軸から最小の半径距離にある。
【００１４】
他の実施態様においては、巻き線は、槽の半径に対して有意な比（substantial fraction）、好ましくは少なくとも半分、である、対称軸からの半径距離にある。この半径距離は、中心が空のアンテナパターンに加えて加工非均一性の原因を含みうる特定の条件下で、最適なプラズマイオン密度を与える最適値が選択される。最適の半径距離の決定は、熟練した作業員によって、ソレノイド巻き線を種々の半径位置に配置しそして慣用の技術を用いてプラズマイオン密度の半径方向のプロファイルを決定するという試行錯誤によりなされうる。
【００１５】
より多用途のためには、リアクターはさらに、ソレノイド巻き線に対して半径方向の外側の位置にリアクター囲壁に隣接する第二の誘導アンテナ、及び好ましくは、内側及び外側のアンテナに供給されるＲＦ電流を独立に調節するための第二の誘導アンテナに連結された第二のプラズマ源ＲＦ電源を含みうる。一つの実施態様においては、第二の誘導アンテナは、第二の非平面の誘導アンテナである。他の実施態様においては、第二の非平面の誘導アンテナはソレノイド巻き線である。
【００１６】
リアクターソレノイド巻き線は、二重に巻かれたソレノイド巻き線であり得、それは、同心状の単一のソレノイド巻き線の対又は垂直に積み重ねられた巻き線の対からなりうる。同様に、もし第二の、半径方向の外側のソレノイド巻き線がある場合は、そのときは、第二のソレノイド巻き線は二重に巻かれたソレノイド巻き線であり得る。
【００１７】
垂直方向に積み重ねられた誘導巻き線は、直立した筒状の形状、直立状の円錐型又は逆さの円錐型、又は非対称な形状をとりうる。中心から離れて誘導場の選択された一部を配分するために、平面のコイル伝導体が、垂直に積み重ねられた誘電巻き線の底の巻きから半径方向の外側へと延ばされうる。
【００１８】
本発明は、いずれの特定の非平面の配置又は形状にも限定されず、そして、中心が空のアンテナパターンを補償するために、中心軸の近くにＲＦ誘導場の要求される集中を提供するという機能を果たすいずれの適した形状も用いられることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
小さなアンテナ−加工物間のギャップを有するプラズマリアクターにおいて、誘導アンテナパターンの中心の空に対応する加工物の中心領域近くのプラズマイオン密度の減少を最小化するために、上記中心領域にて誘導された電場の強度を増加させることが本発明の目的である。本発明は、このことを、アンテナの対称軸近くに天井板の上に位置する誘導コイルの巻きを集中し、そして中心領域におけるアンテナとプラズマ間の磁束の（ＲＦ源周波数における）変化率を最大化することによって達成する。
【００２０】
本発明に従って、中心軸の周りのソレノイドコイルは、同時に、軸近くで誘導コイルの巻きを集中させ、そして加工物に隣接する中心領域においてアンテナとプラズマ間の磁束の変化率を最大化する。これは、中心領域においての強い磁束及びプラズマとの近接した相互の結合が要求されるので、巻きの数が大きくそしてコイル半径が小さくなるからである。（対照的に、慣用の平面コイルアンテナは、広い半径領域の上にその誘導場を拡げ、周辺へ向かって外側へと放射力を押し出している。）本明細書中で理解されるように、ソレノイド様のアンテナは、加工物或いは加工物支持体表面又は上に位置するリアクター天井板の平面に対して非平面様式で配置された、又は（リアクター槽内の加工物支持台座によって定められる）加工物支持体平面に対して横方向に種々の距離にて空間を空けて或いは上に位置するリアクター天井板に対して横方向の種々の距離にて空間を空けて置かれた、複数の誘導要素を有するアンテナである。明細書中で理解されるように、誘導要素は、リアクター槽内のプラズマ及び／又はアンテナの他の誘導要素と相互に連結された電流伝達要素である。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様は、中心の近くに一つのソレノイドをそして外側の円周半径に他の一つのソレノイドを有する二連のソレノイドコイルアンテナを含む。２つのソレノイドは、異なったＲＦ周波数にてまたは同じ周波数にて励振させることができ、いずれの場合でも、それらは好ましくは位相固定されており、さらに好ましくは、それらの場が推定的に相互に作用するような様式にて位相固定されている。内側及び外側のソレノイド間は最も実用的に配置するのが好ましい。なぜなら、そのことが、加工物の円周におけるエッチング率に対しての加工物中心のエッチング率の最も融通の利く制御を提供するからである。熟練した作業員は、加工物を横切るエッチング率の半径方向の均一性を（本発明を用いて）最適化するためにより広い範囲又は加工領域を得るべく、ＲＦ電流及び槽の圧力及び（適当なモル比及び不活性ガスを選択することにより）加工ガス混合物の電気陰性度を容易に変更しうる。好ましい実施態様における離れた内側と外側のソレノイド間の最大の隙間は、以下の利点を提供する。
【００２２】
（１）最大の均一性制御及び調節、
（２）内側と外側のソレノイド間の最大の隔離、これは、一つのソレノイドと他のソレノイド間の干渉を防ぐ、及び
（３）天井板の温度制御を最適化するため、温度制御要素のための（内側及び外側のソレノイド間の）天井板上の最大の隙間。
【００２３】
図４は、短い加工物−天井板間のギャップを有する電磁結合ＲＦプラズマリアクターの単一のソレノイドを用いた実施態様を説明しており（ただし、これは最適の実施態様ではない）、そこでは、誘導場の表皮深度はおよそギャップ長である。本明細書中で理解されているように、およそギャップ長である表皮深度は、ギャップ長の１０の係数内（すなわち、ギャップ長の約１／１０と約１０倍の間）である。図９は、電磁結合ＲＦプラズマリアクターの二連のソレノイドの実施態様を説明しており、そして本発明の好ましい実施態様である。二連のソレノイドである特徴を除いては、図４及び図９の実施態様のリアクター槽構造はほとんど同じである。以下、図４を参照して説明する。リアクター槽は、図１のそれと同様の筒状の槽４０を含むが、図４の槽は非平面コイルアンテナ４２を有し、そのアンテナの巻き線４４はアンテナ対称軸４６の近くで非平面様式にて密に集中されている。説明している実施態様においては、巻き線４４は対称であり、そしてそれらの対称軸４６は槽の中心軸と一致しているが、本発明では異なって実施することも可能である。たとえば、巻き線は対称でなくてもよく、及び／又はそれらの対称軸は一致しなくても良い。しかしながら、対称なアンテナの場合、アンテナは、槽の中心又は加工物中心と一致するアンテナの対称軸４６の近くに放射パターンの空を有する。中心軸４６の周りに巻き線４４を密に集中させることは、この空を補償し、そしてソレノイドのおのおのが槽中心軸４６から最小の距離となるようなソレノイドの様式にて、巻き線４４を垂直に積み重ねることによって達成される。このことは、図３（ｄ）及び（ｅ）を参照して上記で議論したように、プラズマイオン密度が、短い加工物−天井板間の高さにおいて最も弱い場合に、槽中心軸４６の近くでの電流（Ｉ）及びコイルの巻き（Ｎ）の積を増加させる。結果として、非平面コイルアンテナ４２に供給されるＲＦ電流は、ウエハ中心にて（つまり、アンテナ対称軸４６にて）より大きな誘導［ｄ／ｄｔ］［Ｎ・Ｉ］を生じさせ、それ故、その領域においてより大きなプラズマイオン密度を生じさせ、得られたプラズマイオン密度は小さな加工物−天井板間の高さにもかかわらず、ほとんど均一である。従って、本発明は、加工の均一性を犠牲にすることなしに、プラズマ加工性能を高めるための天井板の高さを減少する方法を提供する。
【００２４】
図５は、図４及び図９の実施態様において用いられる巻き線の好ましい具体化態様をよく示したものである。巻き線４４を少なくとも加工物５６の平面にほぼ平行にするために、巻き線は好ましくは、通常の螺旋様式にて巻かれるのではなく、その代わりに、個々の巻きは、（一つの水平平面から次の水平平面への）巻きと巻きとの間の段又は移動４４ａの箇所を除いては、加工物５６の（水平方向の）平面と平行である。
【００２５】
筒状の槽４０は、筒状の側壁５０及び側壁５０と一体成形された円形の天井板５２からなり、側壁５０及び天井板５２は、物質、例えば珪素の単一の部品を構成している。しかしながら、本発明は、本明細書中で後述するように、部品として成形された側壁５０と天井板５２を用いて行うことも可能である。円形の天井板５２は、いずれの適した横断面の形状、例えば、平面（図４）、ドーム（図６）、円錐（図７）、円錐台（図８）、筒状、或いはこのような形状の組み合わせ又は回転曲線でもよい。このような組み合わせは本明細書で後述する。一般には、ソレノイド４２の垂直ピッチ（すなわち、垂直方向の高さを水平方向の幅で割った値）が、天井板が３次元表面、たとえばドーム、円錐、円錐台等を定める場合でも、天井板５２の垂直ピッチを超える。このことの目的は、少なくとも好ましい実施態様においては、本明細書で既に議論したように、アンテナ対称軸近くでアンテナの誘導を集中させるためである。天井板５２のピッチを超えるピッチを有するソレノイドは、本明細書中では非適合ソレノイドと言い、一般には、その形状が天井の形状と適合していない、特にはその垂直ピッチが天井の垂直ピッチを超えるという意味である。２次元のまたは平らな天井板は、垂直ピッチが０であり、一方３次元の天井板は０でない垂直ピッチを有する。
【００２６】
槽４０の底にある台座５４は、加工処理中加工物支持板中の平面の加工物５６を支持する。加工物５６は、典型的には半導体ウエハであり、そして加工物支持平面は、一般にはウエハ又は加工物５６の平面である。槽４０は、環状通路５８を通じて槽４０のより低い部分を取り巻いているポンプ環帯（annulus）６０へとポンプ（図中には示さず）で減圧される。ポンプ環帯の内側は、置換可能な金属ライナー６０ａで裏付けされうる。環状通路５８は、筒状の側壁５０の底の端５０ａと台座５４を取り巻いている平面環６２によって定められている。処理ガスは、いずれかの又は全ての種々のガス供給路を通じて槽４０内に供給される。加工物中心付近で処理ガス流を制御するために、中心のガス供給路６４ａは、天井板５２の中心を通じて加工物５６の中心（又は加工物支持平面の中心）へと、下側に向かって延ばされうる。加工物円周近傍（又は加工物支持平面の円周近傍）のガス流を制御するために、中心ガス原料６４ａとは別個に制御されうる複数の放射ガス供給路６４ｂが、側壁５０から加工物円周へと（または加工物支持平面円周へと）半径方向の内部へと向かって延ばされ、また底の軸ガス供給路６４ｃは、台座５４の近くから加工物の円周へと上に向かって延ばされ、また天井の軸ガス供給路６４ｄは、天井板５２から加工物円周へと向かって下側に延ばされうる。加工物の中心及び円周のエッチング率は、中心ガス供給路６４ａ及び外側のガス供給路６４ｂ−ｄのいずれかを通じての加工物の中心及び円周への加工ガスの流速をそれぞれ制御することによって、加工物を横切って半径方向により均一なエッチング率分布を達成するためにお互いとの関係で個々に調節されうる。本発明のこの特徴は、中心ガス供給路６４ａ及び円周ガス供給路６４ｂ−ｄのたった一つを用いても行われうる。
【００２７】
ソレノイドコイルアンテナ４２は、中心ガス供給路６４ａを取り囲むハウジング６６の周りに巻かれている。プラズマ源ＲＦ電源６８はコイルアンテナ４２の全域に連結されており、そしてバイアスＲＦ電源７０は台座５４に連結されている。
【００２８】
天井板５２の中心領域への頭上コイルアンテナ４２の局限は、占められていない天井板５２の上部表面の大きな部分を残し、それ故、例えば、複数の、タングステンハロゲンランプ等の放射ヒーター７２、及び水冷冷却板７４を含む温度調節装置との直接の接触を可能としている。水冷冷却板は、例えば銅又はアルミニウムから形成されることができ、そしてそこを通って延びる冷却剤通路７４ａを有する。好ましくは、冷却剤通路７４ａは、アンテナ又はソレノイド４２が電気的負荷でダウンするのを避けるため、高い熱伝導率を有するが低い電気伝導率を有する種々の公知の冷却剤のうちのいずれかを含む。冷却板７４は天井板５２の定常的な冷却を提供し、一方、放射ヒーター７２の最大パワーは、もし必要なら、冷却板７４による冷却に打ち勝つように選択され、天井板５２の敏感かつ安定な温度制御を容易なものとしている。ヒーター７２によって照射される大きな天井板領域は、温度制御のより大きな均一性及び効率性を提供している。（本発明を実施するには放射ヒーターは必須ではなく、そして熟練作業員は、本明細書で後述するように代わりに電気的な加熱要素を選択しうるということを注記しておく。）もし、天井板５２が珪素であれば、同時係属している米国特許出願番号０８／５９７５７７（Kennth S. Collinsらによって１９９６年２月２日に出願された）に開示されているように、そのときは、天井板を横切っての温度制御の均一性及び効率性が増加することによって得られる著しい利点がある。特に、ポリマー前駆体及び腐食剤前駆体加工ガス（例えば、フルオロカーボンガス）が用いられ、そして腐食剤（たとえばフッ素）が除去されなければならない場合は、天井板５２全体を横切るポリマーの堆積の速度及び／又は天井板５２がフッ素腐食剤スカベンジャー物質（珪素）をプラズマ中に供給する速度は、温度制御ヒーター７２との天井板５２の接触領域を増加させることによりより良好に制御される。ソレノイド巻き線４２は天井板５２の中心軸において集中されているので、ソレノイドアンテナ４２は天井板５２の上の利用可能な接触領域を増加させる。
【００２９】
熱接触のための天井板５２の上の利用可能な領域の増加は、高い熱伝導性の円環体７５（セラミック、例えば、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物又は珪素窒化物、又はわずかにドープされた又はドープされていない非セラミック様の珪素から作られる）により、好ましい実施化例おいて活用されている。前記円環体の底面は、天井板５２上におかれており、その上面は冷却板７４を支持している。円環体７５の一つの特徴は、それがソレノイド４２の上部の上の適当な位置に冷却板を配置することである。この特徴は、ソレノイド４２及びプラズマ間の電磁結合の減少を実質的に緩和する又はほとんど除去する。さもなければ、冷却板７４の誘電板のすぐ近くからソレノイド４２へと起こるであろう。このような電磁結合の減少を防ぐために、冷却板７４とソレノイド４２の上部の巻き線間の距離は、少なくともソレノイド４２の全高に対して有意の比（例えば２分の１）であるのが好ましい。円環体７５を通って延びる複数の軸穴７５ａは、２つの同心円に沿って空間を空けておかれ、複数の放射ヒーター又はランプ７２を保持しており、そしてそれらが直接天井板５２を照射できるようにしている。ランプ効率を最も大きくするために、穴の内部表面は、反射層（たとえばアルミニウム層）で裏付けされうる。図４の中心ガス供給路６４ａは、特定のリアクター槽設計及び加工条件に応じて、放射ヒーター７２によって置換されうる（図９中に示す）。天井板温度は、ランプヒーター７２で使われていない穴７５ａの一つを通じて延びるセンサー、例えば、熱電対７６によって検知される。良好な熱接触のために、高い熱伝導率のエラストマー７３、例えばホウ素窒化物が含浸されたシリコンゴムが、セラミック円環体７５と銅冷却板７４の間及びセラミック円環体７５と珪素天井板５２の間に配置される。
【００３０】
上記で引用した同時係属している出願中に開示されているように、槽４０は、全て半導体の槽であることができ、そこでは、天井板５２及び側壁５０は共に半導体物質、例えば珪素である。上記で引用した同時係属している出願中に開示されているように、天井板５２又は壁５０の温度の制御及び天井板５２又は壁５０へ供給されるＲＦバイアス電流は、フッ素スカベンジャー前駆体物質（珪素）をプラズマ中へ供給する程度、又はポリマーでコートされる程度を制御する。天井板５２の物質は、珪素に限定されず、それは、珪素炭化物、珪素二酸化物（石英）、珪素窒化物又はセラミックでもよい。
【００３１】
上記で引用した同時係属している出願中に開示されているように、槽壁又は天井板５０、５２は、フッ素スカベンジャー物質の供給源として用いられる必要はない。代わりに、使い捨ての珪素部材が槽４０の内側におかれ、そして、その上でのポリマー縮合を防ぎ、かつ珪素物質がフッ素スカベンジャー物質としてそこからプラズマ中へと除かれるように十分い高い温度に維持されうる。この場合は、壁５０及び天井板５２は、珪素である必要はなく、また、もしそれらが珪素であればそれらはポリマー縮合温度（及び／又はポリマー縮合ＲＦバイアスしきい値）に近い又はそれ以下の温度（及び／又はＲＦバイアス）に維持されて、それらは、消耗から保護されるためにプラズマ中のポリマーでコートされる。使い捨ての珪素部材はいずれの適当な形状も取りうるが、図４の実施態様では、この使い捨ての珪素部材は、台座５４を取り囲む環状環６２である。好ましくは、環状環６２は、高い純度の珪素であり、そしてその電気的又は光学的性質を変えるためにドープされうる。プラズマ処理中における好ましい参与（たとえば、フッ素を捕獲するためのプラズマ中への珪素物質の寄与）を確かなものとすべく珪素環６２を十分な温度に維持するために、環状環６２のもとで円形に配置された複数の放射ヒーター７７（例えば、タングステンハロゲンランプヒーター）が、石英窓７８を通して珪素環６２を加熱する。上記で引用した同時係属している出願中に記載されているように、ヒーター７７は、温度センサー７９によって検知された珪素環６２の測定された温度に従って制御される。温度センサーは、リモートセンサー、例えば光学高温計又はフッ素光学プローブであり得る。センサー７９は、環６２中の非常に深い穴６２ａに部分的に延びることができ（ここで、穴の深さ及び狭さは、珪素環６２の温度放射率の温度依存的な変化を少なくとも部分的に遮断する傾向がある）、より信頼できる温度測定のために、より放熱器の様に振る舞う。
【００３２】
上記で引用した米国特許出願番号０８／５９７５７７中に記載されているように、全てが半導体の槽であることの利点は、例えば、プラズマが、金属等の物質を生じる不純物と接触しないということである。この目的のために、環状開口５８に隣接したプラズマ閉じ込めマグネット８０、８２が、ポンプ環帯６０中へのプラズマの流れを防ぐ又は減少する。ポリマー前駆体及び／又は活性種がポンプ環帯６０中へ入り込むのに成功する程度までは、例えば、引用した同時係属している出願中に開示されているように、ライナー６０ａをポリマー縮合温度より非常に低い温度に維持することにより、置換可能な内側のライナー６０ａ上にできたポリマー又は不純物の沈積物が、プラズマ槽４０中へ再入するのを防ぐことができる。
【００３３】
ポンプ環帯６０の外側壁に通じているウエハスリットバルブ８４により、ウエハが出入りできるようになっている。槽４０とポンプ環帯６０間の環状開口５８は、筒状の側壁５０の底の端５０ａの傾斜によってウエハスリットバルブ８４に近いほど大きくなっておりそして反対側ほど小さくなっていて、非対称的なポンプ部の配置を伴って、槽の圧力分布がより対照的となるようにしてある。
【００３４】
槽中心軸４６近くの最大のインダクタンスは、垂直に積み重ねられたソレノイドの巻き線４４によって達成される。図４の実施態様においては、垂直に積み重ねられた巻き線４４の外側であって、底のソレノイドの巻き線４４ｂの水平面に他の巻き線４５が追加されることができる。ただし、追加の巻き線４５は、底のソレノイド巻き線４４ｂに近接している。
【００３５】
ここで特に、図９の好ましい二連のソレノイドの実施態様を参照すると、外側の位置に（すなわち、熱誘電円環体７５の外側環境の表面に対向して）巻き線９２の第二の外側の垂直な積み重ね又はソレノイド９０を、ソレノイドの巻き線４４の垂直に積み重ねられた内側から半径距離δＲにて配置する。図９においては、中心に対する内側のソレノイドアンテナ４２及び円周に対する外側のソレノイドアンテナ９０の局限が、温度制御装置（図４中での７２、７４、７５）と直接接触するために利用可能な大きな部分を天井板５２の上部表面に残す。天井板５２と温度制御装置間のより大きな表面積での接触は、より効率的なかつより均一な天井板５２の温度制御を提供するので有利である。
【００３６】
側壁５０と天井板５２が、例えば１２．６インチ（３２ｃｍ）の内径で、珪素の単一部品から作られているリアクター槽では、ウエハ−天井板間のギャップは３インチ（７．５ｃｍ）であり、そして内側のソレノイドの平均直径は３．７５インチ（９．３ｃｍ）で一方外側のソレノイドの平均直径は１１．７５インチ（２９．３ｃｍ）であり、それらは、直径が３／１６インチで０．０３の薄いテフロン絶縁層で覆われた中空の銅管を用い、各ソレノイドは４つの巻き及び１インチ（２．５４ｃｍ）の高さからなる。外側の積み重ねまたはソレノイド９０は、第二の独立に制御されうるプラズマ源ＲＦ電源９６によって電圧が加えられる。その目的は、ウエハ表面を横切る公知の加工法の非均一性を補う（これが著しい利点である）ために、加工物又はウエハ５６に対して種々の半径位置にて供給される種々のユーザーが選択可能なプラズマ供給電流レベルを可能とするためである。独立して制御可能な中心ガス供給路６４ａと円周のガス供給路６４ｂ−ｄとの組み合わせにおいては、内側のソレノイド４２に供給されるＲＦ電流を外側のソレノイド９０に供給されるＲＦ電流に対して調節し、かつ中心ガス供給路６４ａを通るガス流速を外側のガス供給路６４ｂ−ｄを通るガス流速に対して調節することにより、加工物中心でのエッチング性能が、端でのエッチング性能に対して調整されうる。本発明が、上記した誘導場における中心の空又は穴（ｄｉｇ）の問題を解決するか又は少なくとも改善する一方、他のプラズマ加工での非均一性の問題は存在するかもしれず、これらは内側と外側のアンテナ４２、９０に供給される相対的なＲＦ電源レベルを調節することにより、図９の多用途の実施態様において補償されうる。より便利にこの目的を達成するために、内側及び外側のソレノイド４２、９０のためのおのおののＲＦ電源６８、９６は、一つの共通の電源９７ａ及び電流スプリッタに置き換えることができる。電流スプリッタ９７ｂは、内側と外側のソレノイド４２、９０の場の間の固定された相の関係は維持したまま、内側と外側のソレノイド４２、９０間の電流の相対的な配分をユーザーが変更することを可能とする。このことは、２つのソレノイド４２、９０が、同じ周波数にてＲＦ電流を受ける場合に特に重要である。あるいは、もし２つの独立した電源６８、９６が用いられるときは、それらは異なったＲＦ周波数にて電流を供給されることがあり得、その場合は、２つのソレノイド間のカップリングからのオフ周波数のフィードバックを避けるために、各ＲＦ電源６８、９６の出力口にてＲＦフィルターが取り付けられるのが好ましい。この場合は、周波数の違いは、２つのソレノイド間の結合を平均時間でタイムアウトするのに十分であり、さらに、ＲＦフィルターの不合格判定帯域幅を超えるべきである。他の選択は、各周波数を、それぞれのソレノイドに別個に共鳴的に合わせることであり、そして各周波数は、慣用のインピーダンスマッチング技術の代わりに、プラズマインピーダンスにて変化に続くために種々変更されることができ（それによって、共鳴が維持される）。言い換えれば、アンテナに供給されるＲＦ周波数は、槽中のプラズマのインピーダンスにより負荷されながらアンテナの共鳴周波数に続くようにされている。このような実行においては、２つのソレノイドの周波数範囲は、お互いに排他的であるべきである。しかしながら、好ましくは、２つのソレノイドは、同じＲＦ周波数で動かされており、そしてこの場合は、２つのソレノイドの間の相の関係は、２つのソレノイドの場の構造上の相互作用又は重ね合わせを起こすようなものであるのが好ましい。一般に、もしソレノイドが共に同じ向きに巻かれていた場合は、この要求は、２つのソレノイドに供給されるシグナル間の位相角が零によって満たされる。或いは、もしソレノイドが反対方向に巻かれていた場合は、位相角は、好ましくは１８０℃である。いずれの場合も、本明細書中で以下で議論するように、内側及び外側のソレノイド間の結合が、内側及び外側のソレノイド４２、９０間に比較的大きな空間を有することにより最小化される又は排除されることができる。
【００３７】
このような調節によって達成できる範囲は、内側及び外側のソレノイド４２、９０間の空間を増加させるために、外側のソレノイド９０の半径を増加させることによって増加され、２つのソレノイド４２、９０の効果は、それぞれ中心及び端において加工物に対してさらに閉じ込められる。このことは、２つのソレノイド４２、９０の効果を重ね合わせることでさらに大きな範囲の制御を可能とする。例えば、内側のソレノイド４２の半径は、加工物の半径の約半分を超えるべきでなく、好ましくは加工物の半径の約３分の１を超えない。（内側のソレノイド４２の最小半径は、一部がソレノイド４２を形成する伝導体の直径によって、そして一部がインダクタンスを発生させるべくアーチ形の、例えば円形の電流の流れのために限定された非零位の周囲を提供する必要性によって影響される。）外側のコイル９０の半径は、少なくとも加工物の半径と同じであるべきであり、好ましくは加工物の半径の１．５倍又はそれ以上である。このような構成にて、内側及び外側のソレノイド４２、９０のそれぞれの中心及び端の影響が、内側のソレノイドへの電流の増加によりまさに判断されるので、槽圧は、均一なプラズマを提供しつつ数百ｍＴにまで上げられることができ、そして外側のソレノイド９０への電流を増加させることにより槽圧は均一なプラズマを維持しつつ０．０１ｍＴのオーダーまで減少されうる。外側のソレノイド９０のこのような大きな半径の他の利点は、内側及び外側のソレノイド４２、９０間の連結を最小化することである。
【００３８】
図９は、第三のソレノイド９２が任意な構成として追加されうることを破線によって示しており、非常に大きな槽直径を望むことができる。
【００３９】
図１０は、図９の実施態様の変形を示しており、そこでは、外側のソレノイド９０は、平面の巻き線１００によって置換されている。
【００４０】
図１１は、図４の実施態様の変形を示しており、そこでは、中心のソレノイドの巻き線は、巻き線４４の垂直の積み重ね４２ばかりでなく、さらに第一の積み重ね４２に近接した第二の巻き線１０４の垂直の積み重ね１０２を含み、２つの積み重ねが二重に巻かれたソレノイド１０６を構成している。図１２を参照すると、二重に巻かれたソレノイド１０６は、２つの別個に巻かれた単一のソレノイド４１、１０２からなることができ、内側のソレノイド４２は、巻き線４４ａ、４４ｂ等からなり、そして外側のソレノイド１０２は、巻き線１０４ａ、１０４ｂ等からなる。あるいは、図１３を参照すると、二重に巻かれたソレノイド１０６は、垂直に積み重ねられた少なくともほぼ同じの平面を共有する巻き線の対からなりうる。代替の図１３においては、ほぼ同じ平面を共有する巻き線の各対（例えば、４４ａ、１０４ａの対、又は４４ｂ、１０４ｂの対）は、単一の伝導体を螺旋状に巻くことにより形成されうる。本明細書中で用いる「二重に巻かれた」なる語は、図１２又は図１３のいずれかに示されているタイプの巻き線を意味する。さらに、ソレノイドの巻き線は、単に二重に巻かれるだけでなく、三重又はそれ以上に巻かれることができ、そして一般には、対称軸に沿って各平面にて複数の巻きからなることができる。このような複数に巻かれたソレノイドは、図９の二連ソレノイドの実施態様の内側及び外側のソレノイド４２、９０のいずれか又は両方に用いられ得る。
【００４１】
図１４は、図１１の実施態様の変形を示しており、そこでは、内側の二重に巻かれたソレノイド１０６と同心の外側の二重に巻かれたソレノイド１１０は、内側のソレノイド１０６からδＲの半径距離にて配置されている。
【００４２】
図１５は、図１４の実施態様の変形を示しており、そこでは、外側の二重に巻かれたソレノイド１１０は、図９の実施態様において用いられた外側のソレノイドに対応する通常の外側のソレノイド１１２によって置換されている。
【００４３】
図１６は、他の好ましい実施態様を示しており、そこでは、図９のソレノイド４２が中心ガス供給路ハウジング６６からδＲの半径距離に置き換えられた位置にて配置されている。図４の実施態様においてはδＲは０であり、一方、図１６の実施態様においてはδＲは筒状の側壁５０の半径に対してかなりの比、好ましくは少なくとも半分、である。図１６に示されている程度までδＲを増加させることは、図４、９，１１及び１４の実施態様において、図３（ｄ）及び（ｅ）を参照して述べたプラズマイオン密度における通常の中心穴に加えてさらに非均一性を補償するために、代替方法として有用であり得る。同様に、図１６の実施態様は、（図４と同じように）槽中心軸４６から最小の距離にソレノイド４２を配置することは、ウエハ５６の中心近くのプラズマイオン密度中の通常の穴を過剰修正するほどにウエハの中心近くのプラズマイオン密度を増加させ、そして、さらにプラズマ加工の作用において他の非均一性を作り出す。このような場合において、図１６の実施態様は、プラズマイオン密度の最も大きな均一性を提供するようにδＲが最適値で選択されており好ましい。理想的には、この場合は、プラズマイオン密度における通常の中心穴を過小修正又は過剰修正するのをともに避けるように選択される。δＲの最適値の決定は、種々の半径位置にソレノイド４２を配置しそして慣用の技術を用いてプラズマイオン密度の半径方向のプロファイルを決定するという熟練した作業員による試行錯誤により成されうる。
【００４４】
図１７はソレノイド４２が逆円錐形である実施態様を示しており、一方、図１８はソレノイド４２が直立した円錐形である実施態様を示している。
【００４５】
図１９は、ソレノイド４２が、平面の螺旋状に巻かれた巻き線１２０と組み合わされている実施態様を示している。平面状の螺旋状巻き線は、ＲＦ電流の一部を中心から幾分離れて配分させることにより、ソレノイド巻き線４２が加工物の中心近くに誘導場を集中させるという困難を減少するという効果を有する。この特徴は、通常の中心の空を、過剰修正することを避けることが必要な場合に有用である。中心から離れての誘導場のこのような転用の程度は、平面状の螺旋状巻き線１２０の半径に対応する。図２０は、図１３の実施態様の変形を示しており、そこでは、ソレノイド４２は、図１７と同様に、逆円錐形である。図２１は、図１９の実施態様の変形を示しており、そこでは、ソレノイド４２は、図１８の実施態様と同様に、直立した円錐形である。
【００４６】
天井板５２上のＲＦ電位は、たとえばその上へのポリマーの堆積を防ぐために、その有効容量性の電極面積を槽の他の電極（例えば、加工物及び側壁）に対して減少させることにより増加されうる。図２２は、天井板のより小さな面積５２’を外側の環帯２００上に保持し、外側の環帯２００からより小さな面積の天井板５２’を隔離することにより、このことが達成できることを示している。環帯２００は、天井板５２’と同じ物質（たとえば珪素）から作られることができ、そして、円錐台形（破線で示した）又は先端が切り取られたドーム形（実線で示した）でありうる。別個のＲＦ電源２０５が、環帯２００に連結されて、加工物の中心と円周の加工の調節をより可能にしうる。
【００４７】
図２３は、図９の実施態様の変形を示しており、そこでは、天井板５２及び側壁５０は、お互いに隔離された別々の半導体（例えば珪素）部品からなり、それぞれのＲＦ供給源２１０、２１２から供給される別々に制御されたＲＦバイアス電流レベルを有し、中心のエッチング率及び円周に対する選択性の制御を高めている。上記で引用した米国特許出願番号０８／５９７５７７号明細書（１９９６年、２月２日、Kenneth S. Collinsらによって出願された）にかなり詳細に記載されているように、天井板５２は、ドープされた半導体（例えば珪素）物質であることができ、それは、それに供給されたＲＦバイアス電流を槽４０中へと容量的に結合する電極として、そして同時にそこを通って、ソレノイド４２に供給されたＲＦ電流が槽４０中に誘導的に連結されうるための窓として働きうる。このような、窓−電極の利点は、ＲＦ電位が、（例えば、イオンエネルギーの制御のために）ウエハ５６の真上に形成できることであり、同時にウエハ５６の真上に誘導的カップリングＲＦ電流が形成できることである。この後者の性質は、別々に制御された内側及び外側のソレノイド４２、９０及び中心及び円周のガス供給路６４ａ、６４ｂ−ｄと組み合わされて、最適な均一性を達成するために、種々のプラズマ加工パラメーター、例えば、加工物の端に対する加工物の中心のイオン密度、イオンエネルギー、エッチング速度及びエッチング選択制を調節する能力を非常に高める。この組み合わせにて、個々のガス供給路を通じてのそれぞれのガス流速は、個々にかつ別個に制御されて、プラズマ加工パラメーターのこのような最適の均一性を達成する。
【００４８】
図２３は、ランプヒーター７２が電気的加熱要素７２’によってどのように置換されうるかを示している。図４の実施態様と同様に、使い捨ての珪素部材は、台座５４を取り囲む環状環６２である。
【００４９】
図２４は、他の変形を説明しており、そこでは、天井板５２それ自身は、内側の板５２ａと外側の環帯５２ｂへと分割されることができ、それらは、互いに電気的に絶縁（隔離）されており、そして別々のＲＦ電源２１４、２１６（これらは、単一の独立に制御されるＲＦ電源の別個の出力でありうる）によって別個にバイアスされている。
【００５０】
他の実施態様に従って、図２３及び図２４に示されたユーザーが利用しやすい中央制御器３００、たとえば、慣用のマイクロプロセッサー及びメモリ等を含むプログラム可能な電気制御器が、中心ガス供給路６４ａ及び円周のガス供給路６４ｂ−ｄを通じてのガス流速、内側及び外側のソレノイド４２、９０に供給されるＲＦプラズマ源電流レベル、天井板５２及び側壁５０にそれぞれ供給されるＲＦバイアス電流レベル（図２３）及び内側及び外側の天井板部分５２a、５２ｂに供給されるＲＦバイアス電流レベル（図２４）、天井板５２の温度及び珪素環６２の温度を同時に制御するために連結される。天井板温度制御器２１８は、天井板温度センサー７６により測定された温度を制御器２１８に記憶された所望の温度と比較することにより、電源２２０によってヒーター７２’に供給される電流を管理する。環温度制御器２２２は、環センサー７９により測定された環温度を制御器２２２に記憶された所望の環温度と比較することにより、電源２２４によってヒーターランプ７７に供給される電流を制御する。中央制御器３００は、温度制御器２１８及び２２２の所望の温度、ソレノイド電流源６８、９６のＲＦ電流レベル、バイアス電流源２１０、２１２（図２３）及び２１４、２１６（図２４）のＲＦ電流レベル、ＲＦ電流源７０により供給されるウエハバイアスレベル及び種々のガス供給源（又は別々のバルブ）によりガス注入口６４ａ−ｄへと供給されるガス流速を管理する。ウエハバイアスレベルを制御することの重要な点は、ウエハ台座５４と天井板５２間のＲＦ電位差である。従って、台座ＲＦ電流源７０又は天井板ＲＦ電流源２１０のいずれかが、単にＲＦアースへの短絡でありうる。このようなプラグラム可能な一体型制御器を用いて、ユーザーは、ＲＦ源電流、ＲＦバイアス電流及びガス流速の、加工物中心及び円周間での配分を容易に最適化でき、加工物の表面を横切る最も大きな中心−円周加工均一性（例えば、エッチング率及びエッチング選択性の均一な半径方向の分布）を達成できる。また、台座５４と天井板５２間のＲＦ電流差に対してソレノイド４２、９０に供給されるＲＦ電流を（制御器３００を通じて）調節することにより、ユーザーは、優れた誘導性の連結様式又は優れた容量性の連結様式でリアクター槽を操作できる。
【００５１】
ソレノイド４２、９０、天井板５２、側壁５０（または、図２４に示されている内側及び外側の天井板部分５２ａ、５２ｂ）へ連結されている種々の電流源（図２３に示されている）は、ＲＦ周波数にての操作として記載されているが、本発明は特定の周波数範囲に限定されず、ＲＦ以外の周波数も、本発明の実施において熟練した作業員により選択されうる。
【００５２】
本発明の好ましい実施態様においては、高い熱伝導率のスペーサー７５、天井板５２及び側壁５０が、結晶珪素の単一の部品から一体成形される。
【００５３】
本発明は、複数の別個のＲＦ源を用いて実施するように記載してきたけれども、
本明細書中に記載されたＲＦ源のいくつか又は全てが、異なったＲＦ電流レベルでの異なった出力を用いて、別個のＲＦ発生器からの出力に由来してもよくまた共通のＲＦ発生器からの出力に由来しても良い。また、可変の電流分配器にて作られた周波数及び相、周波数逓倍器及び／又は位相遅れも適当であり得る。さらに、本発明は、複数の別個の加工ガス供給を用いて実施するように記載してきたけれども、いくつかの又は全ての加工ガス供給が、複数の別々に制御されたガス注入口６４へと分配される共通の加工ガス供給から由来してもよい。
【００５４】
本発明を好ましい実施態様を特に参照して詳細に記載してきたが、それらの変更又は改変が、本発明の本質的な考え及び本発明の範囲から離れることなく行われうるということが理解される。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の電磁結合ＲＦプラズマリアクターは、加工物−天井板間の高さを減少した場合に生じる加工物中心付近のプラズマイオン密度の空の問題を解決できる。その結果、本発明の装置を用いて、例えば半導体ウエハの種々の加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】上記で引用した同時係属している米国特許出願中で用いられている、一般の平面コイルアンテナを用いた電磁結合プラズマリアクターの横断面図である。
【図２】圧（トル、水平軸）に対する、プラズマ中の誘導場表皮深度（ｃｍ、実線）及び電子−中性子の弾性衝突平均自由路長（破線）の対数−対数尺度で表したグラフである。
【図３】（ａ）は、図１のリアクター槽中の加工物中心からの半径位置に対するプラズマイオン密度のグラフで、加工物−天井板間の高さは４インチであり、曲線Ａ及びＢは、それぞれ外側及び内側のコイルアンテナにより作られるプラズマイオン密度に対応する。
（ｂ）は、図１のリアクター槽中の加工物中心からの半径位置に対するプラズマイオン密度のグラフで、加工物−天井板間の高さは３インチであり、曲線Ａ及びＢは、それぞれ外側及び内側のコイルアンテナにより作られるプラズマイオン密度に対応する。
（ｃ）は、図１のリアクター槽中の加工物中心からの半径位置に対するプラズマイオン密度のグラフで、加工物−天井板間の高さは２．５インチであり、曲線Ａ及びＢは、それぞれ外側及び内側のコイルアンテナにより作られるプラズマイオン密度に対応する。
（ｄ）は、図１のリアクター槽中の加工物中心からの半径位置に対するプラズマイオン密度のグラフで、加工物−天井板間の高さは１．２５インチであり、曲線Ａ及びＢは、それぞれ外側及び内側のコイルアンテナにより作られるプラズマイオン密度に対応する。
（ｅ）は、図１のリアクター槽中の加工物中心からの半径位置に対するプラズマイオン密度のグラフで、加工物−天井板間の高さは０．８インチであり、曲線Ａ及びＢは、それぞれ外側及び内側のコイルアンテナにより作られるプラズマイオン密度に対応する。
【図４】単一の３次元の中心非平面ソレノイド巻き線を用いた本発明の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図５】ソレノイド巻き線の巻きの好ましい様式を示した、図４のリアクター槽の一部の拡大図である。
【図６】図４に対応するプラズマリアクターの横断面図である。ただし、ドーム型の天井板を有する。
【図７】図４に対応するプラズマリアクターの横断面図である。ただし、円錐形の天井板を有する。
【図８】図７に対応するプラズマリアクターの横断面図である。ただし、円錐台形の天井板を有する。
【図９】内側及び外側の垂直なソレノイド巻き線を用いた本発明の好ましい実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１０】外側の巻き線が平らである、図９に対応する本発明の第二の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１１】中央のソレノイドの巻き線が複数の直立した筒状の巻き線からなる、図４に対応する本発明の第三の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１２】図１１の実施態様の第一の器具の詳細図である。
【図１３】図１１の実施態様の第二の器具の詳細図である。
【図１４】内側及び外側の巻き線が共に複数の直立した筒状巻き線からなる、図９に対応する本発明の第四の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１５】内側の巻き線が複数の直立した筒状巻き線からなりかつ外側の巻き線が単一の直立した筒状の巻き線からなる、図９に対応する本発明の第五の実施態様に従ったプラズマリアクター槽の横断面図である。
【図１６】単一のソレノイド巻き線が最大のプラズマイオン密度均一性のための最適の半径位置に配置されている、本発明の第六の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１７】ソレノイド巻き線が逆円錐形である、図４に対応する本発明の第七の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１８】ソレノイド巻き線が直立した円錐形である、図４に対応する本発明の第八の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図１９】ソレノイド巻き線が内側の直立した筒状の部分及び外側の平らな部分からなる、図４に対応する本発明の第九の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図２０】ソレノイド巻き線が逆円錐形の部分及び平らな部分を共に含む、図１６に対応する本発明の第十の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図２１】ソレノイド巻き線が直立した円錐形の部分及び平らな部分を共に含む、図１８に対応する本発明の第十の実施態様に従ったプラズマリアクターの横断面図である。
【図２２】平面の、円錐形の及びドーム型の天井板要素を組み合わせて用いた本発明の他の実施態様を示す図である。
【図２３】別々にバイアスされた珪素側壁及び天井板を用い、かつ電気的ヒーターを用いた本発明の他の実施態様を示す図である。
【図２４】別々にバイアスされた内側及び外側の珪素天井板部分を用い、かつ電気的ヒーターを用いた本発明の他の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１０，４０・・リアクター槽、１２，５２・・天井板、１４，５０・・側壁、１６，５４・・台座、１８，５６・・加工物、２０，２４，４２・・アンテナ、２２，２６・・プラズマＲＦ電流発生器、４２，９０，１０６，１１０，１１２・・ソレノイド、４４，４５，９２，１００，１０４，１２０・・巻き線、４６・・アンテナ対称軸、５６・・ウエハ、５８・・環状通路、６０，２００・・環帯、６２・・平面環、６４・・ガス供給路、６８，９６・・プラズマ源ＲＦ電源、７０・・バイアスＲＦ電源、７２・・ヒーター、７４・・冷却板、７５・・円環体、７６・・熱電対、７３・・エラストマー、７８・・窓、７９・・温度センサー、８０，８２・・マグネット、８４・・バルブ、９７ａ・・ＲＦ電源、９７ｂ・・電流スプリッタ、２１０，２１２，２１４，２１６・・ＲＦ電源、２１８，２２２・・温度制御器、２２０・・加熱電源、３００・・中央制御器。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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