(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマによってワークピースを処理する真空チェンバと、
ワークピースを固定するためのチェンバ内ホルダと、
チェンバ内気体をプラズマへと励起するコイルと、
高振幅部分及び低振幅部分を備えたパルス状の可変振幅エンベロープを有する高周波キャリアをコイルに供給する高周波電源とを具備し、
コイルは第１及び第２の内側アーチ状セグメントと、該内側アーチ状セグメントから径方向に離れている外側アーチ状セグメントと、コイルの両端にそれぞれ設けられて前記高周波電源に接続されている第１及び第２の励起端子とを有し、第１の励起端子はコイルの一端且つ第１の内側アーチ状セグメントの一端に設けられ、第２の励起端子は第２の内側アーチ状セグメントの一端に設けられ、第１及び第２の内側アーチ状セグメントは外側アーチ状セグメントを介して互いに接続されており、
コイルは前記パルス状の可変振幅エンベロープを有する高周波キャリアに応答可能であり且つ真空チェンバ内に強いトロイド状の磁場を提供するようになっており、該磁場は真空チェンバの中心にその振幅がゼロになる部分を有し、強い磁場はトロイド状の磁場からワークピースへの荷電キャリアのかなりの拡散を防ぎ、
可変振幅エンベロープ及びコイルは、高周波電源が低振幅のエンベロープの高周波を供給する時に少なくとも一旦、コイルによって供給される前記トロイド状の磁場がチェンバ内気体をプラズマに励起するのに不十分になり、これにより、該低振幅のエンベロープの高周波はプラズマ内の荷電粒子が真空チェンバ内で拡散され、それによってワークピースに入射するプラズマ密度が、高周波キャリアが一定振幅である場合より高い一様性を有するように構成されている
ことを特徴とするワークピースを処理する真空プラズマプロセッサ。
【請求項２】
前記高周波電源は、プラズマ密度がワークピースの全体に亘って実質的に一定となるように、前記エンベロープの振幅が異なる値を持っているように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３】
前記高周波電源は、前記可変振幅エンベロープが振幅値の異なるパルスを有しており、これにより、そのパルスの間、ワークピースの全体に亘るプラズマ密度がワークピースの周辺部分の方がワークピースの内側の部分よりも大きくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４】
前記高周波電源は、前記エンベロープが、振幅を制御可能な複数の高振幅部分と、持続期間を制御可能な複数の低振幅部分とを有し、高振幅部分は互いに低振幅部分によって間隔がおかれ、前記高周波電源は、高振幅部分の間隔が互いに大きくなると、高振幅部分の振幅が大きくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項５】
前記高周波電源は、ピーク振幅及び持続期間が変化する場合でも、ワークピースに入射するプラズマの時間あたりの平均電力が実質的に一定になるように、高振幅部分及び低振幅部分を変化させるように構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項６】
前記高周波電源は、前記エンベロープが、振幅がゼロではない低振幅部分によって互いに間隔をおかれた高振幅部分を有するように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項７】
前記高周波電源は、前記エンベロープが、振幅がゼロである低振幅部分によって互いに間隔をおかれた高振幅部分を有するように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項８】
前記高振幅部分の間隔は略１０μ秒である
ことを特徴とする請求項７に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項９】
前記励起端子の一つはリアクタンスを介して高周波電源に接続されており、リアクタンスの値、コイルの長さ及び高周波励起手段は、コイルにおける最大高周波ピークピーク電圧及び電流のＶpkpk（ｘ）、Ｉpkpk（ｘ）が、Ｖpkpk（ｘ）＝Ｖ0pkpkｃｏｓ［β（ｘ＋ｘ0）］及びＩpkpk（ｘ）＝Ｉ0pkpkｓｉｎ［β（ｘ＋ｘ0）］の式で近似されるように構成され、式中、ｘは高周波電源に接続されたコイルの入力端子から測った直線距離であり、βは高周波励起手段の周波数によって決定される定数であり、ｘ0は高周波励起手段の周波数におけるリアクタンスのインピーダンスによって決定されるゼロによる相殺値である
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１０】
コイル内のピークピーク高周波電圧が、（ａ）コイルの第１の励起端子において、第一極性とともに最大値を有し、（ｂ）コイルの第２の励起端子において、第二極性とともに最大値を有するように、高周波電源がコイルの第１及び第２の励起端子に接続される
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１１】
コイルが、殆どひとつの巻回であるアーチ部を有する複数のアーチ状セグメントを含んでおり、該複数のアーチ状セグメントは、ほぼひとつの巻回を有する最外部アーチ状セグメントと、ほぼひとつの巻回を有するひとつ内側のアーチ状セグメントを含んでおり、高周波電源がコイルに接続され、最外部アーチ状セグメント及びひとつ内側のアーチ状セグメントにおける高周波電源が、コイルの内部セグメントにおける電流よりも実質的に大きくなるように該コイルが構成される
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１２】
高周波電源がコイルの第１及び第２の励起端子に接続されており、高周波電源、回路及びコイルは、処理の間、第１の励起端子におけるピークピーク高周波電流の大きさが、第２の励起端子におけるピークピーク高周波電流におよそ等しく、第１及び第２の励起端子における該等しい電流は、コイルの他のどの電流よりも小さい振幅を有するように設定される
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１３】
リアクタンスがコイル及び高周波電源と直列に接続され、該リアクタンスはひとつの値を有し且つコイルに接続されており、前記高周波電源とコイルが、コイルの励起端子におけるピークピーク高周波電流の大きさがおよそ等しくなるように構成される
ことを特徴とする請求項１２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１４】
低振幅部分の持続期間及び振幅では、連続した高振幅部分間でプラズマが消滅しない
ことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１５】
低振幅部分の持続期間及び振幅では、連続した高振幅部分間でプラズマが消滅する
ことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１６】
エンベロープ振幅を変化できる高周波キャリアを、当該高周波キャリアに応答してプラズマ励起電磁場をプラズマと結合させるコイルに与えることによりチェンバ内気体をプラズマへ励起し、
コイルは第１及び第２の内側アーチ状セグメントと、該内側アーチ状セグメントから径方向に離れている外側アーチ状セグメントと、コイルの両端にそれぞれ設けられて高周波電源に接続されている第１及び第２の励起端子とを有し、第１の励起端子は第１の内側アーチ状セグメントの一端に設けられ、第２の励起端子は第２の内側アーチ状セグメントの一端に設けられ、第１及び第２の内側アーチ状セグメントは外側アーチ状セグメントを介して互いに接続されており、
前記エンベロープ振幅変化は高振幅部分及び低振幅部分を有し、
高振幅部分はコイルによってチェンバ内に強いトロイド状の磁場を提供し、該磁場はチェンバの中心にその振幅がゼロになる部分を有し、強い磁場はトロイド状の磁場からワークピースへの荷電キャリアのかなりの拡散を防ぎ、
低振幅部分及びコイルは、高振幅部分と高振幅部分との間で少なくとも一旦、コイルによって供給される前記トロイド状の磁場がチェンバ内気体をプラズマに励起するのに不十分になり、該低振幅部分はプラズマ内の荷電粒子をチェンバ内で拡散可能であり、それによってワークピースに入射するプラズマ密度が、高周波キャリアが一定振幅である場合より高い一様性を有する
ことを特徴とする真空プラズマプロセッサチェンバにおいてホルダ上のワークピースをプラズマによって処理する方法。
【請求項１７】
前記高振幅部分は振幅がゼロではない低振幅部分によって互いに間隔をおかれている
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記高振幅部分は振幅がゼロである低振幅部分によって互いに間隔をおかれている
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記コイルは、ある一定の振幅の高周波エンベロープがコイルに供給されている時に、コイルの中心から離れた部分と位置が揃っているワークピースの一部上でのプラズマの密度に比べてコイルの中心と位置が揃っているワークピースの一部上でのプラズマの密度が低くなるようになっており、
ワークピースの全体に亘るプラズマ密度が実質的に一定となるように、前記エンベロープの振幅を制御することを含む
ことを特徴とする請求項１６乃至１８の何れかに記載の方法。
【請求項２０】
低振幅部分の持続期間及び振幅では、連続した高振幅部分間でプラズマが消滅しない
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
低振幅部分の持続期間及び振幅では、連続した高振幅部分間でプラズマが消滅する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
（ａ）可変振幅エンベロープを有する前記高周波電源、（ｂ）チェンバ内の圧力、及び（ｃ−１）コイルと（ｃ−２）チェンバと（ｃ−３）ホルダは、ある一定の振幅の高周波エンベロープがコイルに供給されている時に、コイルの中心から離れた部分と位置が揃っているワークピースの一部上でのプラズマの密度に比べてコイルの中心と位置が揃っているワークピースの一部上でのプラズマの密度が低くなるようになっており、
コイルの中心と位置が揃っているワークピースの一部から離れたワークピースの一部上でのプラズマ密度が、コイルの中心と位置が揃っているワークピースの一部上のプラズマ密度とほぼ等しくなるように、前記可変振幅エンベロープを制御することを含む
ことを特徴とする請求項１６乃至２１の何れかに記載の方法。
【請求項２３】
ワークピースの周辺部におけるプラズマ密度が、ワークピースの中央部におけるプラズマ密度よりも大きくなるように可変振幅エンベロープが制御される
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記高周波電源は、前記エンベロープが、振幅を制御可能な複数の高振幅部分と、持続期間を制御可能な複数の低振幅部分とを有し、高振幅部分は互いに低振幅部分によって間隔がおかれ、前記高周波電源は、高振幅部分の間隔が互いに大きくなると、高振幅部分の振幅が大きくなるように制御される
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記高周波電源は、ピーク振幅及び持続期間が変化する場合でも、ワークピースに入射するプラズマの時間あたりの平均電力が実質的に一定になるように、高振幅部分及び低振幅部分を変化させるように構成されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記コイルはセンターファーストプラズマ分布が得られるように構成され、実質的にワークピースの全体に亘って実質的にプラズマ密度が一定となるようなエッジファーストのプラズマ分布となるように、前記エンベロープの高振幅部分及び低振幅部分のインターバルが構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２７】
前記コイルはセンターファーストプラズマ分布が得られるように構成され、実質的にワークピースの全体に亘って実質的にプラズマ密度が一定となるようなエッジファーストのプラズマ分布となるように、前記エンベロープの高振幅部分及び低振幅部分のインターバルが構成されている
ことを特徴とする請求項１６乃至２５の何れかに記載の方法。
【請求項２８】
前記高振幅部分は略３５％のデューティサイクルを有する
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、真空チェンバ内の気体を、チェンバ内におけるワークピースを処理するプラズマへと励起する高周波応答コイルを具備しているプラズマプロセッサに関しており、特にワークピース上のプラズマ密度を、コイルに加えられる高周波エンベロープの振幅を変化させることによって制御する、前記プロセッサ及び処理方法に関している。
【０００２】
【従来の技術】
真空チェンバにおいて、高周波プラズマによってワークピースを処理するプロセッサのタイプのひとつでは、高周波電源に応答するコイルを有している。コイルは高周波電源に応答し電磁場を生み出し、チェンバ内に存在するイオン化可能気体をプラズマへと励起する。一般的にコイルは、平面状で水平方向に広がっていて、処理対象であるワークピースの表面に対して、一般に平行方向に広がっている誘電窓上にあり、あるいは隣接している。励起したプラズマはチェンバ内のワークピースと相互に作用し、ワークピースを食刻したりワークピース上に物質を蒸着させたりする。ワークピースは典型的には、半導体ウエハまたは金属板である。半導体ウエハは、例えば平面パネルディスプレイで使用される矩形ガラス基板などで、表面が円形の平面であったり、または固体誘電板を有していたりする。
【０００３】
ＯｇｌｅによるＵＳ特許４，９４８，４５８号は、上記の結果を達成するための多巻回螺旋コイルを開示している。一般にアルキメデスタイプである螺旋は、インピーダンス整合回路網を介して高周波電源に接続されている内部端子及び外部端子間を、径方向及び周辺方向へと延びている。このような一般的タイプのコイルは、容量性磁場成分を有する振動高周波場を生み出し、誘電窓を通り抜けて、誘電窓に近接するチェンバ内のプラズマの一部に存在する気体内の電子を熱する。その振動高周波はプラズマ内でプラズマ内の電子を熱する電流を誘発する。誘電窓に近接するプラズマの一部分における磁場の空間分布は、コイルの各巻回によって生じる個々の磁場の和の関数である。コイルの各巻回によって生じる磁場成分は、各巻回の高周波電流の大きさに関する関数であり、それは高周波電源の周波数におけるコイルの送電線効果によって異なるものである。
【０００４】
Ｏｇｌｅによる４，９４８，４５８号特許によって開示され、それを基礎としている巻回の設計では、螺旋コイルにおける高周波電流は、誘電窓に近接するプラズマの一部分においてトロイダル状の磁場領域を形成するように分布する。１．０〜１０ｍＴｏｒｒのような低圧では、リング状領域からのプラズマの拡散は、チェンバの中央部分及び周辺部分におけるワークピースのちょうど上部に、プラズマ密度のピークを生じさせる。よって、ワークピースを処理するイオンや電子の密度のピークは、ワークピースの中心線並びにワークピースの周辺に近接している。１０〜１００ ｍＴｏｒｒのような中間圧力領域では、プラズマ内の電子、イオン、中性子の気体相衝突は、トロイダル領域外部でのプラズマ性を帯びた粒子の実質的拡散を妨げる。結果として、ワークピースのリング状領域では比較的大きなプラズマ束が存在するが、ワークピースの中央及び周辺部分では小さなプラズマ束のみが存在する。
【０００５】
これらの異なる作動状況では、リングとリングの内部及び外部の体積間に大きなプラズマ束（つまりはプラズマ密度）のバリエーションが生じることになる。そして、ワークピース上への入射プラズマ束の実質標準偏差は３を超えない。ワークピースに入射するプラズマ束の実質標準偏差は、非一様なワークピースの処理に原因がある傾向がある。つまり、ワークピースの異なる部分は異なる程度に食刻され、また／あるいはワークピース上に異なる量の分子を蒸着する。
【０００６】
プラズマの一様性を改善するために、多くのコイルが設計されてきた。Ｈｏｌｌａｎｄらによって１９９８年６月２日に発行され、譲受人に譲受されたＵＳ特許５，７５９，２８０号は、市販用の実施形態において、直径約３０ｃｍ（１２インチ）で、内部壁の円直径が約３５ｃｍ（１４インチ）の真空チェンバが関連して作動するコイルを開示している。コイルは、直径約３７ｃｍ（１４．７インチ）で、約２ｃｍ（０．８インチ）の一様な厚みの石英窓を介して、チェンバ内部に電磁場を与える。円形半導体ウエハワークピースは、誘電窓の底面の約１２ｃｍ（４．７インチ）下のワークピースホルダ上に置かれる。その時、各ワークピースの中心は、コイルの中心線と一致している。
【０００７】
５，７５９，２８０号特許は、４，９４８，４５８号特許のコイルよりもかなり小さい、ワークピース全体におけるプラズマ束のバリエーションを提供する。５ｍＴｏｒｒで作動しているチェンバにおいて、５，７５９，２８０号特許のコイルから生じるプラズマ束の、２００ｍｍのウエハ上での標準偏差は、約２．０であり、同じ条件下で４，９４８，４５８号特許のコイルから生じるプラズマ束が示す標準偏差約３．０と比べてかなりの改善といえる。５，７５９，２８０号特許のコイルは、ワークピースの中央におけるプラズマ密度が、ワークピースの中間部分のプラズマ密度よりも大きくなるような磁場を生み出す。それはまた、ワークピースの周辺部のプラズマ密度よりも大きいということである。５，７５９，２８０号特許のコイルによるチェンバの異なる部分におけるプラズマ密度のバリエーションは、同じ作動条件下での４，９４８，４５８号特許のコイルのプラズマ密度のバリエーションよりもかなり小さく、標準偏差もより小さい。
【０００８】
ワークピースに入射するプラズマ密度の一様性を改善するための他の形態では、たいていはコイルの幾何的形状に関しており、幾何的原理に集約されるといえる。例として、ＵＳ特許５，３０４，２７９号、５，２７７，７５１号、５，２２６，９６７号、５，３６８，７１０号、５，８００，６１９号、５，４０１，３５０号、５，８４７，７０４がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上からわかるように、本発明の目的は、意図的にワークピースに入射するプラズマ密度を制御できる、新規で改良された真空プラズマプロセッサと、その真空プラズマプロセッサを作動する方法を提供することである。
【００１０】
さらなる本発明の目的は、ワークピースに入射するプラズマ密度が比較的高い一様性を有する、新規で改良された真空プラズマプロセッサと、その真空プラズマプロセッサを作動する方法を提供することである。
【００１１】
もうひとつの本発明の目的は、従来技術と同じ幾何的形状であるが、制御されたプラズマ密度特性を有するように操作される、新規で改良された真空プラズマプロセッサを提供することである。
【００１２】
さらに、もうひとつの本発明の目的は、従来技術と同じ幾何的形状であるが、従来技術よりも高いプラズマ密度一様性を有するように作動する、新規で改良された真空プラズマプロセッサとその真空プラズマプロセッサを作動する方法を提供することである。
【００１３】
さらなる本発明の目的は、ワークピースに入射するプラズマ密度の標準偏差が、実質的に２．０よりも小さくなるように作動する新規で改良された真空プラズマプロセッサを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
わたしは、５，７５９，２８０号特許に開示されているようなコイル等のプラズマ励起コイルに印加される高周波エンベロープの振幅を変化させることによって、前述の目的が達成されることを発見した。
【００１５】
本発明の実施の形態によると、本発明は、（１）プラズマによってワークピースを処理する真空チェンバ、（２）ワークピース用チェンバ内のホルダ、（３）チェンバ内の気体をプラズマへと励起するコイル、（４）高周波電源、からなるワークピースを処理する真空プラズマプロセッサである。ここで高周波電源はコイルに高周波キャリアを供給する。真空プラズマプロセッサは、（ａ）可変エンベロープ振幅、（ｂ）チェンバ内の圧力、及び（ｃ）コイル、チェンバ、ホルダの配置を、ワークピースがホルダ上にある間、プラズマがワークピース全体に対して実質的に一定の束を与えるように設定する。
【００１６】
さらなる本発明の実施の形態は、エンベロープ振幅が可変である高周波キャリアを、高周波キャリアに応答し電磁プラズマ励起場をプラズマに結合させるコイルに適用することによって、チェンバ内の気体をプラズマへと励起して、真空プラズマプロセッサチェンバにおけるホルダ上のワークピースをプラズマ処理する方法と関係している。チェンバ、ワークピース、及びホルダの配置だけでなく、エンベロープ振幅とコイルの幾何的形状のバリエーションは、ワークピース全体におけるプラズマ密度が、プラズマエンベロープが一定の振幅であるときよりも、実質的に小さい標準偏差を有するように設定する。したがって、エンベロープの振幅のバリエーションを制御することで、ワークピース全体におけるプラズマ密度を、実質的に一定にできる。
【００１７】
本発明のもうひとつの形態は、真空チェンバ内にワークピースホルダを含有し、可変振幅エンベロープを有する高周波電源によって誘発されチェンバ内の気体をプラズマへと励起するコイルを具備した真空プラズマプロセッサと関係している。真空プラズマプロセッサでは、可変振幅とチェンバ内の圧力と、（ａ）コイル（ｂ）チェンバ（ｃ）ホルダの配置は、一定振幅高周波エンベロープがコイルに与えられた時に、コイルの中央から離れたコイルの一部と対応するワークピースの一部よりも、コイルの中央に対応しているワークピースの一部において大きな束を持つ原因となり、また、可変振幅エンベロープは、ワークピース全体におけるプラズマ束において、コイルの中央と対応したワークピースの一部から離れたワークピースの一部におけるプラズマ束が、少なくともコイルの中央部に対応するワークピースの一部におけるプラズマ束と等しくなるような原因となる。
【００１８】
さらなる本発明の実施の形態は、高振幅部分の振幅が、互いの高振幅部分の間隔の増加とともに増加するように、コイルを駆動する電源が配置されている真空プラズマプロセッサと関係している。
【００１９】
さらなる本発明の実施の形態は、コイルを駆動する高周波電源の可変振幅エンベロープの制御によって、コイルの中央に対応するワークピースの一部から離れたワークピースの一部におけるプラズマ束が、少なくともコイルの中央に対応するワークピースの一部におけるプラズマ束と等しくなるプラズマプロセッサと関係している。
【００２０】
可変振幅エンベロープは、望ましくは振幅の大きい部分と小さい部分を有しているのがよい。振幅の小さい部分は、気体内の電荷粒子のプラズマへの励起を妨げる程十分に小さい。それぞれの小さい振幅部分の期間と大きさは十分なので、エンベロープの値がワークピースを処理する状態にプラズマを励起するほど高いとき起こる電荷粒子拡散よりも、かなりの度合いでプラズマ内の電荷粒子を拡散することができる。
【００２１】
好ましくは、可変振幅エンベロープは、有限振幅周期間で間隔のある零振幅周期を有しているパルスの形であるべきである。零振幅期間は、あるひとつの実施では、その間（例えば、零振幅の周期は約１０μｓ）にプラズマが消滅しないほど十分に短い。そして、もうひとつの実施では、零振幅期間は、その間（例えば零振幅の周期は約１０ｍｓ）にプラズマが消滅してしまうほど十分に長い。
【００２２】
従来の技術にプラズマ励起源のパルス化が開示されているのは承知である。特に次ぎのことにも承知している。Ｓｕｍｉｏ  Ａｓｈｉｄａ，Ｍ．Ｒ．Ｓｈｉｍ及びＭ．Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎによる、「誘導結合プラズマ源におけるパルス化された電力変調アルゴンプラズマの計測」（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１４（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ  １９９６，１９９６  Ａｍｅｒｉｃａｎ  ｖａｃｕｕｍ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｐａｇｅ  ３９１−３９７；Ｈ．Ｓｕｇａｉ  ａｎｄ  Ｋ．Ｎａｋａｍｕｒａ）「誘導結合エッチングリアクタにおけるラジカルの観測と制御」（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１３（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ  １９９５，１９９５  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｔｙ，ｐａｇｅ８８７−８９３；Ｓｅｉｊｉ  Ｓａｍｕｋａｗａ  ａｎｄ  Ｋａｚｕｏ  ｔｅｒａｄａ）「非常に選択的で異方性のあるポリクリスタリンシリコンパターンニングのためのパルス−時間変調電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング」（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ  １２（６），Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  １９９４，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｐａｇｅ３００−３３０５；Ｓｅｉｊｉ  Ｓａｍｕｋａｗａ）「二酸化珪素エッチングにおいて重合制御のための時間変調された電子サイクロトロン共鳴プラズマ放電」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３），ｐａｇｅ６０８０−６０８７，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．１２Ｂ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９９３；Ｎｏｂｕｏ  Ｆｕｊｉｗａｒａ，Ｔａｋａｈｉｒｏ  Ｍａｒｕｙａｍａ  ａｎｄ  Ｍａｓａｈｉｒｏ  Ｙｏｎｅｄａ）「ＥＣＲプラズマにおける負荷ビルトアップによる誘導された外形歪みを減少させるためのパルスプラズマ処理」（１９９５  Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，  ｐａｇｅｓ５１−５６；Ｓｅｉｊｉ  Ｓａｍｕｋａｗａ）「パルスの時間変調された電子サイクロトン共鳴プラズマにおける非常に選択的で異方性のある二酸化珪素のエッチング」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐａｇｅｓ  ２１３３−２１３８，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．４Ｂ，Ａｐｒｉｌ  １９９４；Ｓｈｉｇｅｎｏｒｉ  Ｓａｋａｍｏｒｉ，  Ｔａｋａｈｉｒｏ  Ｍａｒｕｙａｍａ，  Ｎｏｂｕｏ  Ｆｕｊｉｗａｒａ，  Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｍｉｙａｔａｋｅ  ａｎｄ  Ｍａｓａｈｉｒｏ  Ｙｏｎｅｄａ）「パルス変調ＥＣＲプラズマによる電子シェーディングダメージの減少」（１９９７  ２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄａｍａｇｅ，Ｍａｙ  １３−１４，Ｍｏｎｔｅｒｅｙ，ＣＡ，１９９７  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｐａｇｅｓ５５−５８；Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｙ．Ｈｉｋｏｓａｋａ，Ａ．Ｈａｓｅｇａｗａ，ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ）「パルス化されたされたプラズマにおいてシンクロトロンバイアスを使うことによる電子シェーディングダメージの減少」（１９９５  Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐａｇｅｓ３３−３７；Ｓａｍｕｋａｗａ）「代わって使われるプラズマ処理方法と装置」（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ５，８２７，４３５  ｉｓｓｕｅｄ  ���ｃｔｏｂｅｒ  ２７，  １９９８；Ｏｏｉｗａ  ｅｔ  ａｌ．）「プラズマ処理装置」（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  ４，８９１，１１８，ｉｓｓｕｅｄ  Ｊａｎｕａｒｙ  ２，１９９０；Ｄｏｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）「プラズマ処理装置とプラズマ処理方法」（Ｕ．Ｓ．ｐａｔｅｎｔ５，３１０，４５２，ｉｓｓｕｅｄ  Ｍａｙ  １０，１９９４）
これらの参考文献のうちのいくつかは、コイルによって励起されたプラズマを扱っているが、そのような励起源を開示しているどの参考文献も、コイルのパルスによる励起がプラズマ密度の一様性に影響を与えず、特にプラズマ密度の一様性も改善しない。これは驚くべきことではない。というのは、引用文献に言及されているコイルは、プラズマ束を実質的に一様にする誘導的な幾何形状として開示されていないからである。ある場合、コイルはソレノイドで、一方、他の場合では、従来の比較的小さい平らな螺旋コイルであるであろう。このようなコイルは、継続作動している間に、実質的に一様なプラズマを誘導供給するほどの直径も有していないし、幾何的形状でもない。
【００２３】
反対に、本発明の好ましい実施のコイルは、特にワークピース全体に対して実質的に一様なプラズマ束を与えるように設計されている。具体的には、コイルはセンターファースト（ｃｅｎｔｅｒ  ｆａｓｔ）であるように設計されている。コイルが誘導する高周波場をパルス化すると、各励起間あるいは、低振幅励起が起こるとき、エッジファースト（ｅｄｇｅ−ｆａｓｔ）プラズマ束を助長し、ワークピース全体にわたって実質的にプラズマ束を一様にしている。
【００２４】
Ｓａｍｕｋａｗａらが１９９６年１１月／１２月のＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙにおいて、マイクロ波の電子サイクロトロン共鳴場をパルス化することを開示しているが、一様性を改善するにしては、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴による機構と、コイルが励起したプラズマによる機構は、あまりに異なっている。電子サイクロトロン共鳴プラズマでは、かなりの直流磁場がプラズマに適用されなければならない。普通はソレノイドコイルによって適用され、電荷粒子は必要とされているように渦をまく。直流磁場はマイクロ波エネルギーと相互に反応して、プラズマ励起を起こす。高周波プラズマは大きな直流磁場やマイクロ波発振器を必要としない。コイルによって励起される高周波プラズマは、比較的単純で安価な（マイクロ波でない）電源、典型的には１３．５６ｍＨｚの周波数、そして比較的安価なコイルを必要としている。マイクロ波励起に対する高周波コイルプラズマ励起の利点は、コイルによって励起されるプラズマは、強い直流磁場と結合しないので、電子サイクロトロン共鳴処理によって起こる拡散よりも、コイルによって励起されるパルス化プラズマではより大きな拡散が起こる。
【００２５】
本発明の上記の、そしてさらなる目的、特徴、利点は、次のいくつかの特定の実施の詳細な記述を、特に添付されている図とともに熟慮すると明らかになるだろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１の真空プラズマワークピースプロセッサは、接地された金属壁１２を有する円筒状の真空チェンバ１０，金属底面板１４、中央部から周辺部にかけて、同じ厚みを有している誘電窓構造１９を含んだ円形上面板構造１８からなる。真空チェンバ１０は、従来のガスケット（図示されていない）によって密封されている。図１のプロセッサは、半導体、誘電基板、金属基板を食刻するために使用され、また、前記基板上に分子を蒸着させるために使用する。
【００２７】
プラズマ状態へと励起するのに適した気体が、側壁１２のポート２０を介して、気体源（図示せず）からチェンバ１０内部へ供給される。チェンバ内部は、端板１４のポート２２に接続された真空ポンプ（図示せず）によって、真空状態で、１〜１００ｍＴｏｒｒの圧力変域に維持されている。
【００２８】
チェンバ内の気体は、適当な電源によって、空間的に実質均一な密度のプラズマへと励起される。電源は、実質的に平面上のコイル２４を含んでいる。コイル２４は、誘電窓上に接近して取り付けられており、また周期パルス源によって与えられた可変振幅エンベロープを有する高周波電源２６（周波数が典型的には一定の１３．５６ｍＨｚ）を具備している。パルス源２７は、その時々に、望ましくは周期的に、高周波電源２６の高周波出力をオンオフにする。パルス源２７が高周波電源２６をオンにしたとき、コイル２４に印加される高周波電圧の振幅は、コイルにおいて十分な電流を発生させ、強い磁場を発生させるのに十分である。コイル２４の電流は、チェンバ１０における誘電窓１９に近接して十分に強い磁束を発生させ、チェンバ内のイオン化可能気体を励起させる。パルス源２７が高周波電源２６をオフにしたとき、あるいはパルス源２７が、高周波電源２６の出力のエンベロープの電圧を、比較的低い値にまで下げたとき、コイル２４がチェンバ１０内の気体に与える磁場は、気体をプラズマ状態まで励起するには不十分である。結果的に、コイル２４に適用される高周波エンベロープが高値であるときに起こる電荷粒子の拡散よりも、より大きな電荷粒子の拡散が起こる。
【００２９】
高周波電源２６出力端子とコイル２４の励起端子の間に接続されたインピーダンス整合回路網２８は、高周波電源がコイルに導く可変振幅エンベロープと結合する。インピーダンス整合回路網２８は、既知の方法で制御器が変化させるリアクタンスを有し、高周波電源２６とコイル２４及びコイルが導き出すプラズマ負荷の間のインピーダンス整合を達成する。
【００３０】
デューティサイクル制御器２９は、入力装置３１に反応し、パルス源２７が導くパルスの持続時間を制御する。入力装置３１は、ポテンショメーターや、キーパッドのキーを表すデューティサイクルパーセント値や、ワークピース３２の異なる処理レシピのためのコンピュータメモリに記憶された信号に反応するマイクロプロセッサなどのマニュアル装置でもよい。レシピの変数は、（１）ポート２２を通ってチェンバ１０へと流れ込む気体の種類、（２）ポート２０と接続した真空ポンプによって制御されるチェンバ１０内の圧力、（３）パルス源２７が導くパルスに反応して高周波電源２６が導く高周波エンベロープのデューティサイクル、及び（４）高周波電源２６がコイル２４に供給する平均電力である。
【００３１】
わたしは、チェンバ１０内のプラズマによるワークピース３２からの物質の食刻率が、プラズマの平均電力に依存していることを発見した。一般的には、食刻率は一定であることが望まれる。その結果、ピーク電力とデューティサイクルは、お互いの逆関数であることが望まれ、高周波電源２６のデューティサイクルが増加するに従い、高周波電源２６が導く高周波電圧のエンベロープは逆に減少する。反対に、高周波電源２６のデューティサイクルが減少する場合も同様である。
【００３２】
この目的のために、デューティサイクル制御器２９は、振幅制御器３５に、制御器２９がパルス源２７に供給する制御信号のデューティサイクルに反比例する振幅を持つ信号を供給する。振幅制御器３５は、制御器２９からの信号に反応し、高周波電源２６が、コイル２４に供給する出力電圧及び高周波エンベロープの電力を変化させる。レシピは高周波電源２６が導くエンベロープの初期連続波（１００パーセントデューティサイクル）振幅を制御する。レシピはまた、制御器３５からの信号が、デューティサイクルが減少するにつれて、エンベロープの振幅を増加させる原因となる。高周波電源が導くエンベロープの振幅の制御は、入力装置３１の個々の出力によってもパルス源２７のデューティサイクルと調和して、直接的に制御される。
【００３３】
ワークピース３２は、ワークピースホルダ３０（つまり、チャック）の表面にチェンバ１０内でしっかりと取り付けられている。ワークピース３２が取り付けられているホルダ３０の表面は、誘電窓１９の表面に平行である。ワークピース３２は、たいていは直流電力供給（図示せず）の直流電圧によって、静電気的にホルダ３０の表面に留められている。高周波電源３１は、一定振幅の高周波電圧をインピーダンス整合回路網３３に供給する。インピーダンス整合回路網３３は可変リアクタンス（図示せず）を含んでいる。整合回路網３３は、高周波電源３１の出力をホルダ３０に結合する。制御器（図示せず）は、整合回路網３３の可変リアクタンスを制御し、高周波電源３１のインピーダンスとホルダ３０の電極（図示せず）のインピーダンスを整合する。電極に結合する負荷は、チェンバ１０内のプラズマが主である。よく知られていることであるが、ホルダ３０の電極に印加された高周波電圧源３１は、プラズマ内の電荷粒子と相互に作用し、ワークピース３２に直流バイアスを発生させる。
【００３４】
円状平面コイル２４と水平方向に延びる上部端板１８は、金属管あるいは缶のようなシールド３４からなり、側壁１２の内径よりも少し大き内径を有している。シールド３４は、コイル２４に起因する電磁場を、周囲の環境から隔離する。シールド３４とコイル２４の周辺部分との距離は、コイル２４の周辺部分から発生する磁場を、シールド３４が著しく吸収するのを防ぐほどに十分に離れている。
【００３５】
円筒形チェンバ１０の直径は、コイル２４の周辺部分から発生する磁場を、チェンバ壁１２が吸収するのをふせぐのに十分なほど大きい。誘電窓構造１９の直径は、チェンバ１０の直径よりも、チェンバ１０の上部面全体が誘電窓構造１９から構成される程度に大きい。ワークピース３２の処理対象表面と誘電窓構造１９の底面の距離は、ワークピースの露出処理対象表面上でプラズマ束が最も一様であるように設定される。好ましい発明の実施では、処理されるワークピースの表面と誘電窓の底面の距離は、チェンバ１０の直径の約０．３〜０．４倍であって、チェンバ１２の内径は約３５ｃｍ（１４インチ）、コイル２４の直径は約３０ｃｍ（１２インチ）、円筒形シールド３４の内径は約３６．８ｃｍ（１４．７インチ）、処理されるワークピースの表面と誘電窓の底面の間の距離は、約１１．８ｃｍ（４．７インチ）である。
【００３６】
平面状コイル２４は電送線として機能し、コイルの線に沿って定常波を生み出す。定常波のパターンは、コイル線に沿っての電圧及び電流の大きさを変化させる。コイルから発生した磁束が、これらの高周波直列電流の大きさに依存していることは、コイルの異なる部分の下のチェンバの異なる部分において、異なる量のプラズマを生じることを意味する。
【００３７】
コイルの異なる部分を流れる高周波電流の大きさは様々であるが、一様なプラズマを誘導するのを助けるように、空間的に平均化される。空間的に平均化されたコイルの異なる部分での異なる電流値は、とりわけコイルの周辺近辺の付近における強い高周波電流領域において、プラズマ密度が非放射状で非対称性になるのを実質的に妨げている。平面上コイル２４における高周波電流の電送線作用は、コイルの中央付近と関連して周辺付近にあるコイルから生じる磁束量を増加させる。この結果は、高周波でコイル２４を励起することによって達成され、高周波電流が最大になる領域は、コイルの周辺付近となる。
【００３８】
図２及び図３に図示されているように、平面状コイル２４は、内部概半円ループ４０，４２と、周辺概円部分４６，４８と、中間概円部分４４からなっている。ループ４４，４６，４８はそれぞれが、ほとんど完全なコイル２４の巻回を形成しているが、ループ４０と４２は、巻回の半分のみを形成している。その完全巻回及び半巻回は、互いに連続的に接続されている。断片４０，４２、４４，４６，４８は、中央にあるコイルの軸５０と同軸であり、チェンバ１０の中心線と一致している。コイル２４の中央部にある互いに反対側にある励起端子５２と５４は、リード５８と５６によって、それぞれ整合回路２８を介する高周波電源２６の端子と、反対側の電極が接地されているキャパシタ８０の電極に接続されている。ループ４０の端部で端子５２の反対側にある端子６０は、導電性のストラップ６４によって、外ループ断片４８の端子６６に接続されている。ストラップ６４は、コイル２４の面のわずかに上部の域に設置されていて、その下部に存在するコイルの断片のどの部分とも接することはない。よって、ストラップは、端子６０及び６６を除いて、コイル２４とは電気的に絶縁されている。
【００３９】
断片４８には、端子６６と、そこから計って３６０度に少し満たない部分に端子６８が存在する。端子６８は、ストラップ７２を介して、ループ断片４６の端子７０に接続されている。ループ４６は殆ど３６０度の角を有していて、端子７４がストラップ７８を介して、ループ４４の端子７６に接続されている。ループ４４は殆ど３６０度の角を有していて、端子８０はストラップ８２を介して、断片４２の端部で端子５４の反対側にある端子６２に接続されている。
【００４０】
キャパシタ８０は、容量性インピーダンスがＺcap＝１／（ｊ２πｆＣ）（ただし、ｊ＝（−１）1/2，ｆは高周波電源２６の周波数、そしてＣはキャパシタ８０の静電容量）であり、位相をシフトさせる。つまりは、コイル２４の全長での電圧と電流の分布位置をシフトさせる。電圧電流分布はコイル２４においてシフトするので、コイルは処理対象であるワークピース３２の表面上で、十分に一様なプラズマを誘導する高周波電磁場を生成する。
【００４１】
好ましい実施では、コイル２４の電流及び電圧の分布状態は、キャパシタ８０の値を調節することによって調節される。コイルの端子５４では、ピークピーク高周波電流は最小で、コイルの端子５２でのピークピーク高周波電流と等しい。この条件では、コイルは端子５２並びに５４において、逆極性の最大ピークピーク高周波電圧を有し、コイルの最大高周波電流は導電性ストラップ７２付近に生じる。コイルにおける高周波電圧と電流の分布は、
Ｖpkpk（ｘ）＝Ｖ0pkpkｃｏｓ［β（ｘ＋ｘ0）］
Ｉpkpk（ｘ）＝Ｉ0pkpkｓｉｎ［β（ｘ＋ｘ0）］
によって近似できる。
【００４２】
ここで、
ｘはコイルの端子５４から計った直線距離、
βは高周波電源２６の角振動数（つまり２πｆ）を光速ｃで割った値、
ｘ0はキャパシタ８０の値によって決定されるゼロからの相殺、
Ｖ0pkpk及びＩ0pkpkはそれぞれ、コイルにおける最大高周波ピークピーク電圧と電流である。
【００４３】
コイルの好ましい実施では、キャパシタ８０の値は調節され、ｘ0はコイルを流れる高周波電流の波長（λ＝ｃ／ｆ）の約０．１５から０．１６倍となる。
【００４４】
コイルの周辺部分におけるピークピーク電流の大きさが、中央部分のピークピーク電流の大きさよりも大きいので、コイル２４の周辺部分はコイルの中央付近よりも強い磁束を生成する。ピークピーク高周波電流の最大振幅は、実質的に円状ループ断片４６において起こる。近接するループ４４及び４８、また、ループ断片４６におけるピークピーク高周波電流の振幅、そしてループ断片４４，４６，４８の間の間隔は、これらの３つのループ断片からの磁束が空間で結合して、比較的広い円形領域において、誘電窓１９のちょうど下の全磁束密度が最大となるようにする。円形領域は、ループ断片４６と４８の間から、中間断片４４と内部断片４０及び４２の間まで延びている。全磁束は、角座標θの関数としても、比較的一定である。角座標θは、コイルの中心線を通って延びる基準角に関する周辺コイルの角を表している。例えば、図２において、基準角は中心線５０の左へと水平に延びている。
【００４５】
ある特定の座標値θにおいて一定である空間的に平均化された磁束は、θにおいて放射状で対称的なプラズマを供給する。二つの、実質的に半円で同じ半径の断片４０及び４２におけるピークピーク高周波電流は、他の断片における電流の振幅よりも実質的に小さい。断片４０並びに４２は、他の断片４４，４６，４８から導かれる磁束とともに平均化される、十分な磁束を導く。よって、実質的に一様な磁束が、ワークピース３２の処理対象表面の高さのチェンバの直径全体で発生する。
【００４６】
平面コイル２４の異なる部分での電圧のプラズマへの静電（つまり容量性）結合は（例えば、同じ角座標位置θにおけるループ断片４６と４８の間の部分）、発生したプラズマ束の一様性に影響を与える。このような電圧のプラズマへの容量性結合は、コイルの断片でおこるピークピーク電圧の大きさと、コイルとプラズマを隔てている誘電窓１９の厚みや誘電物質に依存している。高周波電圧のために発生する容量性電流の影響は、最大高周波ピークピーク電圧が端子５２及び５４において起こるようにすることによって、最小化することができる。コイル２４の幾何的構成とキャパシタ８０の適切な値の選択によって、最大高周波ピークピーク電圧は、端子５２，５４で起こるようになる。
【００４７】
平面コイル２４を高周波励起することで、ワークピース３２全体に比較的一様な束で、しばしばディスクの形をしたプラズマが発生する。形とは関係なく、基板３２は、プラズマプロセッサチェンバ１０の内部寸法よりも若干小さい外部端寸法を有している。
【００４８】
譲渡されたＵ．Ｓ．特許５，７５９，２８０及び他の従来技術文献は、パルス源２７が高周波電源２６に出力する高周波エンベロープの振幅調節を除いて、前述の図の描写のかなりの部分が開示されている。わたしは、高周波電源２６のエンベロープの振幅を変化させること、特に高周波電源をパルス化するかしないかが、一定振幅エンベロープを導出する高周波電源２６によって達成されるよりも、ワークピース３２上のプラズマ束をより大きなものとすることを発見した。
【００４９】
高周波エンベロープの振幅が大きい時は、コイル２４は、強いトロイダル状の磁場を、真空チェンバ１８内の誘電窓１８のちょうど下の気体及びプラズマに与える。コイル２４は、高周波電磁場をチェンバ１８内の気体やプラズマに与える。トロイダル状磁場は、誘電窓１８の下面１９に一般に平行な面を延びていて、コイル２４の中心線５０と実質的に一致する軸（磁場がゼロになるところ）を有する。強い磁場は、プラズマ内の電荷粒子を励起し、自由電子と陽イオンを作り出す。また、強い磁場は、電荷キャリアがトロイダル状磁場からワークピース３２へ拡散するのを防ぐ。コイル２４がチェンバ１８に結合させる高周波電磁場は、電荷粒子をワークピース３２に向け加速する。
【００５０】
パルス源２７が高周波電源をオフにするとき、あるいは、パルス源２７が高周波電源２６を低振幅のエンベロープを発生させるようにするとき、トロイド状磁場は崩壊し、静電場もオフになる。その結果、高周波電源２６が、ゼロあるいは低い振幅を出力するとき、プラズマ内の電荷粒子は自由に拡散する。
【００５１】
一の実施では、パルス源２７が十分に短い時間、例えば１０μｓ、高周波電源２６をオフにすると、高周波プラズマが消滅を防ぐことができる。他の実施では、パルス源２７が十分に長い時間、例えば１０ｍｓ、高周波電源２６をオフにすると、確かに高周波プラズマを消滅させることができる。両実施において、動きを制限されない自由電子や陽イオンは、高周波電源２６がオンで、１ｋＷ以上のような大きな電力量がコイル２４にあたえられても、動きを制限するトロイド状磁場が存在する領域から、簡単に拡散することができる。
【００５２】
高周波電源３１がワークピースホルダ３０に印加する電圧は、動きを制限されないで、トロイド状領域から簡単に拡散する自由電子や陽イオンを、ワークピース３２の方へ引きつけるのを助ける。他の要因との組合せによって、ワークピース３２に引きつけられた動きを制限されない電子や陽イオンは、ワークピース３２に入射するプラズマ密度を、実質的に一様にする。ワークピース３２上のプラズマの密度に影響を与える要因は、チェンバ１０の圧力、普通は固定されているチェンバ１０，コイル２４、ワークピースホルダ３０、及びワークピース３２の幾何的配置、そして、可変パラメータ（１）チェンバ１０ないの圧力、（２）ポート２０を介してチェンバ１０へと注がれる処理気体の流率と種類、（３）ワークピース３２の物質の種類と大きさ、（４）パルス源２７が制御し、高周波電源２６がコイル２４に送る各パルスの間隔、及び（５）パルス源２６がコイル２４に送るパルスのピーク振幅と最小振幅、などである。
【００５３】
上述のように、内径約３５ｃｍ（１４インチ）である壁１２，直径約３６．８ｃｍ（１４．７インチ）の円形誘電窓１８、直径約３０ｃｍ（１２インチ）のコイル、直径約２０ｃｍ（８インチ）で、上面が誘電窓１８の下面１９と平行で、かつ約１１．８ｃｍ（４．７インチ）離れている円形ワークピースホルダを具備したチェンバにおいて、高い程度でプラズマ密度の一様性が達成された。高周波電源２６によって導かれる１３．５６ｍＨｚの高周波キャリアのエンベロープ変調によって、プラズマ束（つまりプラズマ密度）の一様性は、ワークピース３２全体で改善される。エンベロープを変調させることで、ワークピース３２に入射するイオン束の一様性を、所望の目標の範囲で得るために、プラズマ処理条件を調節する。このようなそれぞれの処理条件においてイオン束の一様性を調節する方法によって、パルス源２７による高周波電源の振幅変調なしに、従来の誘導結合プラズマ源を使用する方法で可能な結果よりも、より広い範囲の作動条件で、よりよい結果を得ることができる。
【００５４】
入力装置３１と制御器２７は高周波電源２６のデューティサイクルを変化させることができるので、ワークピース３２の半径の関数として、ワークピース３２の食刻特性を意図的に制御できるようになる。例えば、ワークピースの周辺域をより重点的に食刻する必要があるならば、入力装置３１及び制御器２９は、パルス源２７を作動させ、高周波電源２６が、一定振幅のエンベロープを含む連続波を発生させるようにする。最大限に一様に食刻する必要があるならば、前述のように、入力装置３１は、高周波電源２６のデューティサイクルを中間値に設定すればよい。ワークピースの中央域をより重点的に食刻する必要があるならば、入力装置３１及び制御器２９は、高周波電源を作動させ、低デューティサイクル（例えば１５パーセント）の高周波を出力させる。
【００５５】
ワークピース３２上でのプラズマ束を実質的に一様にするために、コイル２４はワークピースの面積よりも実質的に大きい面積を有する。前述の直径約３０ｃｍ（１２インチ）のコイルとチェンバを使用した実際の実験では、シリコンポリウエハでできた２００ｍｍ（５．０８インチ）のワークピースを食刻した。ひとつの実験では、パルス源２７は、３５パーセントのディーティサイクルを、５０ｋＨｚの振幅変調をオン状態及びオフ状態で、１３．５６ｍＨｚの高周波２６のキャリアに適用すると、高周波電源２６は、それぞれのパルスの間隔が７ｍｓである高周波パルスが発生させる。シリコンポリウエハは、５ｍＴｏｒｒの圧力の塩素によって、食刻される。プラズマにさらされるウエハの上部面の、異なる半径位置、周辺位置におけるウエハの厚さは、食刻作業のあと、これらの異なる位置で食刻された材料量を決定するためにモニタされる。各位置で食刻された材料の量は、各位置でのプラズマ密度と密に関係しているので、厚みを計測することで、プラズマ密度を決定することができる。このような厚み測定の標準偏差（σ）は、ワークピースの露出表面に入射するプラズマ密度の一様性を表す尺度となる。ここで、一様性が高いならば標準偏差は小さくなり、一様性が低いならば標準偏差は大きくなる。
【００５６】
前述の実験における食刻標準偏差は１．５２７で、高周波電源２６が連続波を送り出すもうひとつの実験では、食刻標準偏差は２．３０７であった。これらの２つの実験において、パルス変調以外の要素は全て同じである。デューティサイクル以外の条件が同じである同様の実験では、下の表が示すように、高周波電源２６の連続波による食刻一様性よりも、８５パーセント以下の高周波電源２６のディーティサイクルによる食刻一様性のほうが高いことが示される。
【００５７】
【表１】
0005031159.tif 000002
【００５８】
デューティサイクルが１６パーセントから７５パーセントの時に、食刻標準偏差が実質的に小さくなっていることは、高周波電源２６の連続波によるプラズマ密度の一様性よりも、高周波電源２６のパルス（つまり、振幅が変調されている）によるプラズマ密度の一様性の方が、実質的に高いことを意味している。デューティサイクルが３５パーセントのときは、食刻一様性が最も高いことに加えて、中央部と周辺部の間の中間部よりも、中央部並びに周辺部の方が食刻された材料量は少なかった。従って、デューティサイクルが３５パーセントの場合は、ウエハの中央部を取り囲む部分におけるプラズマ密度よりも、ウエハの中央部に入射するプラズマ密度の方が小さい。この条件は、センターファースト（ｃｅｎｔｅｒ  ｆａｓｔ）として知られており、とりわけ高いプラズマ密度の一様性が伴うときは、利点が多いと一般的に考えられている。
【００５９】
デューティサイクルが、２５パーセント及び１６パーセントの時は、周辺部、中間部よりも、中央部が重点的に食刻される。デューティサイクルが８５パーセント及び７５パーセントの時は中間部、中央部よりも、周辺部が重点的に食刻される。したがって、デューティサイクルを変化させることで、食刻率を半径の関数として操作することができる。
【００６０】
発明の具体的な実施の形態を説明し図示してきたが、添付された請求項で定義されているような本発明の真の趣旨と意図を念頭に、具体的に例証し説明された実施形態の詳細における様々なバリエーションが可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施に従ってコイルを励起するパルス化された高周波電源を使う真空プラズマプロセッサの好ましい実施の概略図である。
【図２】図１のプロセッサにおける、好ましいコイルの平面図である。
【図３】図２に描かれているコイルの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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