JP2002507823A

JP2002507823A - 分配型誘導結合プラズマソース

Info

Publication number: JP2002507823A
Application number: JP2000537244A
Authority: JP
Inventors: ブライアン，ワイ．プー，; ホンチンシャン，; クラエスブジョルクマン，; ケニードアン，; マイクウェルチ，; リチャード，レイモンドメット，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2002-03-12
Also published as: US20010054383A1; US20030192644A1; WO1999048130A9; US6273022B1; US6568346B2; WO1999048130A1; US6825618B2; KR20010041846A; TW417134B

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体プロセスチャンバ内のプラズマに電力を誘導結合するための装置及び方法。【解決手段】第１の側面では、誘導コイルのアレイは、円形の横断面を有している幾何学面の上に分配される。各コイルは、アレイの任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺が幾何学面の円形の横断面の半径とほぼ平行であるように、くさび形である横断面を有する。隣接し合うコイルの側面は平行であるので、コイルアレイによって発生される磁界の半径方向の均一性を高める。第２の側面では、プラズマに最も近いコイルのワイヤのターンが電気的アースポテンシャルに最も近くなるよう、電源に各誘導コイルを接続することによって誘導コイルとプラズマの間の静電結合を最小にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、半導体プロセスチャンバのための誘導結合プラズマソースに関する
。

【０００２】

【従来の技術】

エッチングや堆積等の半導体製造プロセスの多くは、プラズマ励起型又はプラ
ズマアシスト型であり、即ち、真空チャンバ内で励起されてプラズマ状態になる
プロセス反応物を使用している。通常プラズマは、プロセスガス混合ガスに高周
波（RF）電力を結合させることにより励起される。このRF電界は、プロセスガス
混合ガス中の原子を解離して、プラズマを生成する。

【０００３】処理ガスにRF電力を結合する方法の一つに誘導結合があり、ここでは、RF電源
装置は、誘電体であるチャンバ壁のちょうど外側かチャンバ内側に装備される誘
導コイルに接続している。容量結合プラズマソースと比較すれば、誘導結合プラ
ズマソースの利点は、半導体ワークピースの直流バイアス電圧に対して独立して
プラズマへ供給されるRF電力を調整できるようになるということである。

【０００４】誘導コイルは一般に、筒形コイルの形状をとるが、これは、真空チャンバの円
筒状の側壁を取り囲むか、あるいはチャンバの円形の頂部壁の上に装備されるも
のである。他の従来の誘導コイルは、チャンバの円形の平坦形又はドーム形の頂
部壁に装備される平面状又は半平面状のスパイラルの形状をとる。筒形コイルと
渦巻コイルは共に、半導体ワークピースの方へコイルの軸に沿って延びるRF電磁
界を生成するという不利を有する。ワークピースの上に製造された半導体デバイ
スを傷つけ得る可能性があるため、ワークピースの近くの大きいRF電界は望まし
くない。

【０００５】 Ogleへの１９９５年７月２５日発行の米国特許第５，４３５，８８１では、半
導体ワークピースの近くのRF磁場を最小にする誘導結合プラズマソースを開示す
る。これは、プロセスチャンバの誘電円形頂部壁に分配される一列の誘導コイル
を使用する。各コイルの軸は、チャンバ頂部壁及び半導体ワークピースに対して
垂直であり、隣接しあうコイルは、反対の極性の磁場を形成するよう、位相が外
れるように接続される。この配列は、隣接の「近距離場」の中に「カスプ」磁場
パターンを生成するプラズマ状態に処理ガスを励起する頂部壁。しかし、ワーク
ピースの近くの「遠距離場（ファーフィールド）」内では、反対の極性の磁場は
相殺されるので、ワークピースの近くの磁界強度を無視することができ、そのた
め、製造される半導体デバイスに対する損傷のあらゆる危険を最小にする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

Ogleのデザインの不利な点の１つは、RF磁場が誘導コイルのアレイの周囲の近
くで不均一になる点である。具体的には、Ogleの磁石アレイの周囲は、均一に間
隔をあけられた交互の極性（磁極）の中心パターンからずれている。RF電界の中
にそのような空間の不均一性があることは、プラズマ励起型の半導体製造プロセ
スにおいて、望ましくない空間の不均一性を形成する場合がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本発明は、半導体プロセスチャンバ内のプラズマに電力を誘導結合するための
装置と方法である。

【０００８】第１の側面では、本発明は円形の横断面を有している幾何学の面の上に分配さ
れる誘導コイルのアレイを備える。ユニークなことに、あらゆるアレイ内の隣接
する２つのコイルの隣辺がおおよそ幾何学面の円形の横断面の半径に対して平行
線であるように、各コイルはくさび形の横断面を有する。

【０００９】本発明は、優れた空間均一性（すなわち、半径方向の大きさと方位角方向の大
きさの両方の均一性）を有するプラズマを、プラズマチャンバ内で半導体ワーク
ピースに隣接して生成することができる。

【００１０】隣接しあうコイルの隣辺同士がおおよそ平行であるので、このプラズマは半径
方向の均一性に優れている。コイルが幾何学面に対して方位角方向に等しく間隔
をあけられるので、方位角の均一性に優れている。

【００１１】我々の発明では、広範囲のチャンバ圧力にわたって運転できるように構成する
ことが可能である。従来のデザインでは、共振周波数で電子を連続的に加速する
ことによってプラズマにエネルギを結合するのであり、これは、電子の平均自由
行程が磁極間間隔より確実に大きくなるに十分低いチャンバ圧力である場合のみ
実現される。対照的に、我々の発明は電子の連続加速を必要としないので、低い
チャンバ圧力での操作に限定されない。

【００１２】我々の発明は、アレイに誘導コイルを加えることによって、より大きなプラズ
マチャンバや異なる形状のプラズマチャンバに適用することが可能である。隣接
し合う任意の２つのコイルによりもたらされるプラズマ励起がこの２つのコイル
の近傍に局所化されるので、異なるプロセスと異なるチャンバサイズ及びチャン
バ形状に対して我々のデザインを最適化することは容易である。対照的に、典型
的には単一の誘導コイルを使用する従来のデザインを適用させることはあまり容
易ではない。

【００１３】好ましくは、幾何学面は、プロセスチャンバの一端での平坦な円形の誘電体壁
の面であり、また、コイルのアレイは、この壁の外部の表面に装備される。ある
いは、コイルのアレイは真空チャンバ内に装備されてもよく、この場合、幾何学
の面は、典型的には物理的な物体にあらず、単に幾何学形状だけである。

【００１４】好ましい具体例では、隣接し合うコイルは、極性が反対の磁界を形成する。本
発明が有利なのは、多くの従来の誘導コイルのデザインとは対照的に、隣接し合
うコイルにより誘導される渦電流が、互いを補強することよりむしろ互いに相殺
し合う傾向があるため、渦電流がチャンバ壁１２の周囲のまわりで循環しないこ
とである。

【００１５】本発明の前述の具体例は、円形の半導体ウエハの処理用の円筒状のプラズマチ
ャンバに対して理想的である。フラットパネルディスプレイ等の長方形のワーク
ピースの処理に理想的に適する別の具体例では、誘導コイルは円形のアレイより
もむしろ方形のアレイ又は行列に整列される。方形のアレイでは、コイルは特定
の形状である必要はなく、例えば、円形又は方形の断面であってもよい。プラズ
マの横方向の均一性を最大にするため、隣接し合うコイルの隣辺同士の間の横方
向又は長軸方向のスペーシング"W"が、全ての隣接し合うコイル対について等しくなる必要がある。隣接し合うコイルが反対の極性を有するRF磁場を生成するよ
う、コイルはそれぞれの極性でRF電源装置に接続する。

【００１６】発明の第２の側面では、プラズマに最も近いコイルのワイヤのターンが電気的
アースポテンシャル又はその付近にあるような方法で、各誘導コイルは電源装置
に接続している。

【００１７】発明のこの側面によれば、誘導コイルとプラズマの間の容量（静電）結合を最
小にすることにより、コイルに隣接したチャンバ壁のスパッタリングを最小にと
どめる。

【００１８】具体例の１つでは、プラズマに最も近い各コイルの一方の端部は電気的アース
に直接に接続しており、コイルの反対の端部はRF電源装置の不平衡出力に接続し
ている。第２のと第３の具体例では、２つのコイルは、プラズマに最も近い各コ
イルの端部を一緒に接続させることにより、直列に接続される。第２の具体例で
は、各コイルの反対側の（「RF高温」）端部は、RF電源装置のそれぞれの平衡出
力に接続する。第３の具体例では、一のコイルの高温の端部は、RF電源装置の不
平衡出力に接続しており、他方のコイルの高温の端部は、キャパシタを通して電
気的アースに接続しており、このキャパシタは、RF電源装置の振動数で後者のコ
イルに共鳴する。

【００１９】本発明の第３の側面は、電気的アース電位に近い２つのコイルの間の接合を維
持するよう、この２つのコイルを不均衡電源装置出力に結合するための前出のパ
ラグラフの第３の具体例で用いた回路である。この回路は新規であり、コイルが
プラズマチャンバに関連するかどうかとは関係なく価値がある。

【００２０】

【発明の実施の形態】

図１は、本発明を利用するプラズマチャンバを示す。ここに例示されたチャン
バは、シリコンウエハ上の誘電体膜をプラズマ励起エッチングするためのもので
あるが、本発明は、エッチング、化学気相堆積やスパッタ堆積等の半導体製造プ
ロセスのために用いられるあらゆるプラズマチャンバに等しく有用である。

【００２１】真空チャンバは、円筒状のアルミニウム側壁１２と、円形のアルミニウム底部
壁１４と、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃（一般にアルミナと呼ばれている））、
窒化アルミニウム又はシリコンカーバイド等の誘電材料でできた円形の頂部壁又
はリッド１０を有する。我々はアルミナを推奨するが、それは先ず、他の多くの
プラズマチャンバデザインに対して誘電体として成功を収めてきたからであり、
また、他の予想される誘電材料よりコスト的に非常に有利であるからである。

【００２２】チャンバの側壁と底部壁は、電気的に接地される。アルミニウム陰極電極１６
は、チャンバの円柱軸に垂直な方向を向き、そして、接地されたチャンバ壁から
誘電支持体棚１８によって電気的に絶縁される。シリコンウエハ（図示されず）
等の半導体ワークピースが、機械的クランプリングまたは静電チャック等の従来
の手段によって陰極電極の上面上に装着される。このチャンバ構造は、完全に従
来のものである。

【００２３】リッド１０の下で、チャンバ側壁１２のまわりで方位角方向に間隔をあけられ
た（図示されず）いくつかのガス入口を通して、処理ガス２２はチャンバ内へ流
入する。第１のRF電源装置３２と第２のRF電源装置３４は、プロセスガスからプ
ラズマを形成するためにチャンバ内部１００にRF電力を結合する。

【００２４】排気ポンプ（図示されない）は、チャンバ底部壁１４の排気口２４の外側に装
備される。ポンプは、曲がりくねった排気バッフル２５を通してチャンバから処
理ガスや反応生成物を排気し、排気ガスポート２４からこれを出す。

【００２５】好適な排気バッフル２５によって押しつけられる曲がりくねった排気軌道は、
プラズマが排気口に達することを妨害するように機能する。排気バッフルは、陽
極酸化アルミニウム外側ライナ２６とインナーライナ２７の重なり合う横の延長
部から成る。これらライナは、クリーニングを容易にするために取り外し可能で
ある。曲がりくねった排気バッフル及びライナは、１９９６年６月２０日に出願
のShanらの出願中の米国特許出願第０８／６６６９８１号において詳細に説明さ
れる。

【００２６】外側ライナ２６の上側の端部は、内方へ延びる環状の棚２８を有し、この上に
はリッド１０が載置され、またＯリングが介在して真空シールを提供する。外側
ライナ内のガス流路は、処理ガス２２のフローを吸気口に提供する。

【００２７】第１のRF電源装置３２は、第１のインピーダンス整合ネットワーク３１を通し
て、誘電チャンバリッド１０の上に装備される新規な誘導コイルのアレイ３０に
電力を供給する。アレイ３０のコイル４０、４２のそれぞれは、チャンバ軸と平
行な（即ちチャンバリッドに対して垂直な、そして、半導体ワークピースに対し
て垂直な）軸の周りに巻かれる。プラズマへRF電力を結合しそれによってプラズ
マの密度を高めるよう、誘導コイルを流れるRF電流は、リッドの真下のチャンバ
の領域内にRF電磁界を形成する。（図７は、RF磁場ライン１２０を表す。）従来では、電気的に接地されたチャンバ壁に対してマイナスの直流バイアス電
圧をカソード電極に発生するために、第２のインピーダンス整合ネットワーク３
３が第２のRF電源装置３４をカソード電極１６に容量結合している。カソード電
極１６の負のバイアス電圧が、半導体ワークピースの方へプロセスガス混合ガス
からのイオンを引きつけ、これにより、ワークピース面上の既存の膜をエッチン
グするための従来のプロセスや面上に新しい膜を堆積するための従来のプロセス
等の所望の半導体製造プロセスを、ワークピースの面上でプロセスガスが実行す
る。

【００２８】図２〜４及び６は、アレイ３０の８つの誘導コイル４０、４２の各々の楔形形
状を表し、これらコイルは、チャンバリッド１０の方位角のまわりに等しく間隔
をあけられている。図４〜７に示すように、コイル４０、４２のそれぞれは、中
空の巻型５０に巻きつけられた多数の銅線４３のターンを有する。各巻型は、図
２〜４に示すように楔形の上面５４を有し、それぞれは図４〜６に示すような一
方より見れば、Ｕ字形形状の横断面を有している。具体的には、各巻型５０は、
カーブした方形の広い外面５３と、ほぼ三角形の楔形の上面５４と、カーブした
狭い内部の歯先曲面５５とを有している。図４〜７に示すように、各巻型の方位
角の側４４は完全に開いている。

【００２９】コイル巻線が電気的に短絡することなく巻型に接触することができるよう、各
巻型５０は誘電材料から成る。巻型は好ましくは、コイル巻線の寄生容量を最小
にするよう非常に低い誘電率を有する必要があり、それによってコイルの自己共
振周波数を上げる必要がある。巻型のための我々の好ましい材料は、テフロンで
ある。

【００３０】チャンバリッド１０を開けることなく誘導コイルアレイを単一のユニットとし
て装着や取り外しを容易にするため、８つのくさび形の巻型５０は、プッシュオ
ンファスナ５１によって、単一のディスク形の基部５６に取り付けられる。好ま
しい具体例では、ベース５６は、巻型に用いられるテフロンより高い機械的剛性
を有するプラスチック材料から成る。好ましいプラスチックは、商標ウルテム(U
ltem)でデュポン社(Dupont)より販売されているものである。一般に、炭素を有する「ブラックウルテム」と区別するため、「ナチュラルウルテム」と呼ばれて
いる。

【００３１】各誘導コイル４０、４２は、磁心５２を取り囲むことが好ましい。隣接し合う
コイル４０、４２の間に延びる磁力線１２０が、図７に示すようにプラズマチャ
ンバ内部１００内の各コイルのそれぞれの下側の軸の端部の間に延びる弧の中に
主に１点に集中するように、磁心５２が電磁界を集中及び形成していると、我々
は考える。磁心５２がなければ、磁束の大部分は横に広がり、リッド１０の上の
コイルの中央ターン４３の間に至るだろう。換言すれば、磁心５２がプラズマで
占められているチャンバ内部領域１００内に磁束１２０を集中し、それによって
誘導コイル４０、４２がプラズマにRF電力を結合する効率を改良していると、我
々は考えている。

【００３２】好ましい具体例では、各誘導コイルの磁心は、約４０〜６０の透磁率を有する
マグネシウム亜鉛軟質炭フェライトの棒５２が１２本から成る。（我々がテスト
したフェライトの販売業者は透磁率が６０であると主張するが、参考の諸文献に
よればマグネシウム亜鉛フェライトの透磁率は一般に４０を示す。）フェライト棒を空冷できるよう、フェライト棒同士は離間される。フェライト
棒同士間のギャップは、空気で占められる。フェライト棒のスペーシング及びア
ライメントを維持するために、各棒の頂部は巻型５０の頂部５４にある個別の開
口の中にあり、各棒の底部はベースプレート５６の個別の開口の中にある。ベー
スプレートの開口は、各フェライト棒の底部を下げるという長所があり、このた
めチャンバリッド１０に対して更に近づくので、コイルアレイ３０によりチャン
バ内に発生する磁気の電界の強度が最大になる。

【００３３】コイルは、第１のRF電源３２に接続しており、RF電流波形の任意の半サイクル
の間、これらコイル半数４０を流れる電流は時計回りであり、そして、これらコ
イルの他の半数４２を流れる電流は反時計回りであり、これら２種類の極性のコ
イルは交互に、アレイの方位角のまわりに配置されている。図２及び７では、交
互に並べられたコイル４０にＳ、４２にはＮと、それぞれラベルをつけることで
、この交互の配列を例示し、RF電流波形の半サイクルの間にそれぞれのコイルに
よって発生される磁気の電界を表している。次の半サイクルの間、Ｓ及びＮの磁
極が交替する。

【００３４】コイルのアレイ３０からの交互の有極性磁界が発生する磁界は、「近距離場」
（すなわち、チャンバリッド１０に最も近い）に発生され、この近距離場は、図
７に磁界ライン１２０で表されるように、「カスプ」パターンを有している。従
って、RF電源３２によって提供される電力は、チャンバリッド１０に隣接したプ
ロセス混合ガスに結合して、プラズマの密度を高める。

【００３５】任意の隣接し合う２つのコイルの隣辺４４がおよそ平行となるよう、各コイル
はくさび形である。リッドの中央を除いて、方位角方向に隣接する２つのコイル
の間の方位角のギャップ「W」は、全ての半径方向の位置においてほぼ同じであるので、これらコイルが、半径方向の均一性に優れた磁界を発生できる。

【００３６】誘導コイルアレイ３０の底部からの距離が増えることにより、反対の極性を有
する磁界ライン同士が相殺されるので、磁界強度は無視してよいレベルまで迅速
に下がる。ここで、その磁界強度がリッドに隣接した磁界強度より少なくとも１
〜２桁小さくなるに十分コイルアレイの底部から離れているようなチャンバ内の
領域を、「遠距離場」と呼ぶことにする。また、磁気のカスプ磁場１２０がチャ
ンバ内まで延びる距離のことを、「浸透距離」と呼ぶことにし、即ちこの浸透距
離は、「近距離場」の深さこのとである。

【００３７】好ましくは、半導体ワークピース（カソード電極１６の上に装着されている）
は、磁界強度が無視できるような遠距離場の中に配置されるに十分に、誘導コイ
ルアレイ３０から離れている。このことは、２つの理由から有利である。

【００３８】第１の理由は、半導体ワークピースにおける磁界を最小にすることにより、ワ
ークピースの上に製造される半導体デバイスにダメージを与える危険性を最小に
するのに役立つからであり、これは、磁界も最小にすることの重要性が、実行さ
れている半導体製造プロセスの他のパラメータ及びワークピースの上ですでに製
造された誘電体及び半導体構造体の上に依存するにもかかわらずである。

【００３９】第２に、コイルアレイから実質的に浸透距離よりも長い距離にワークピースを
配置することにより、近距離場の磁界強度における局所化された空間的不均一性
の影響を取り除くということである。具体的に我々は、プラズマグローが最も明
るいことに気付き、これは隣接し合うコイルの間のギャップの近くで、磁界が最
も強いことを示す。コイルアレイの配置がワークピースに近すぎる場合は、ワー
クピースにおけるプロセス速度は、コイル間のギャップに対応してピークを、そ
してコイル中心に対応して谷間を、それぞれ示すだろう。逆に、磁界の浸透距離
以上に距離を増やすことにより、プラズマ密度の均一性は拡散により漸次的に向
上する。したがって、ワークピースが浸透距離を実質的に超えるように配置され
る場合は、半導体製造プロセスは優れた空間の均一性を実現することができる。

【００４０】誘導コイルアレイが近距離場でプラズマ密度を高めるため、遠距離場内のプラ
ズマ密度（コイルアレイからの磁界の浸透距離を実質的に越えている）は近距離
場内のプラズマ密度より一般に低い。従って、ワークピースが浸透距離よりも遠
くに配置されれば、ワークピースのプロセス速度が低減されるという望ましくな
い結果を得る。例えば、シリコンウエハ上の酸化シリコン膜をエッチングするた
めのプロセスを用いて実行される試験では、コイルアレイとワークピース（ウエ
ハ）を近接して置いた場合に、エッチング速度が望ましく増加したことを見出し
た。従って、ワークピースの装着位置及びコイルアレイの浸透距離を設計するこ
とは、ワークピースが浸透距離に近づく場合にプロセス速度が向上することと、
ワークピースが浸透距離を越えてより遠くにある場合はプロセス空間の均一性が
向上することとの間のバランスをとることである。

【００４１】プラズマ密度は、ワークピースの近くでの半径方向の分配とは全く異なる半径
方向の分配を、コイルアレイ３０の近くで有する。具体的には、プラズマからの
イオンがワークピースの方へコイルアレイの近傍から移る際、チャンバの周囲（
及びワークピースの周囲）の近くのプラズマ密度は、チャンバ側壁１２でイオン
の再結合によって減らされる傾向がある。従って、好ましくは、ワークピースの
近くにおけるプラズマ密度の半径方向の均一性を最大にするために、コイルアレ
イの磁界パターンは、密度が半径方向に不均一であるプラズマを発生する必要が
あり、具体的には、このプラズマの密度がコイルアレイの周囲の近くでは、コイ
ルアレイの中央よりも強くなる必要がある。従って、例示された好ましい具体例
では、コイルアレイ３０は、コイルアレイの周囲の近くで最大のRF磁界を発生す
るよう、誘導コイルなしの中央領域を有する。プラズマ種がコイルアレイの近傍
からワークピースの方へ移動する際の側方拡散により、中心軸の近くでプラズマ
密度が増加し、ワークピースに隣接して半径方向に一様なプラズマ密度が形成さ
れる。

【００４２】チャンバ側壁１２の近くでさらにプラズマ密度を最大にするために、コイルア
レイの直径は、チャンバの直径に近いか又はこれよりも大きくなることが好まし
い。例示された好ましい具体例では、コイルの外の端部５３をカバー５８に対し
てできるだけ近づけて配置することにより、これが実現される。有利なことに、
我々のデザインでは、カバー又は側壁に大きい渦電流を誘導することなく、カバ
ー５８又はチャンバ側壁１２の近くにコイルが配置できるようになる。

【００４３】 RF電源３２から電力が熱として消散し、それによってプラズマに結合される電
力が低減されるので、渦電流は望ましくない。我々のデザインでは、個々のコイ
ル４０または４２が、チャンバ壁に渦電流を誘導する傾向があるという意味では
、全体のコイルアレイ３０によって誘導される累積的渦電流は最小になり、何故
なら、隣接したコイルが反対の極性の磁界を有しており、従って反対の極性の渦
電流を誘導するからである。従って、従来の誘導コイルデザインの多くとは対照
的に、隣接し合うコイルによって誘導される渦電流は、渦電流がチャンバ壁１２
の周囲のまわりで循環しないよう、お互いを補強するよりむしろお互いを相殺す
る傾向がある。

【００４４】例示された好ましい具体例が、８インチ径のシリコンウエハを製造するための
プラズマチャンバに対して実行された。この具体例では、コイルアレイの直径は
１２インチ（３０cm）であり、各コイルの軸長または高さは２インチ（５cm）で
ある。隣接し合うコイルの平行面４４の間のギャップWは、１．２５インチ（３．２ｃｍ）である。対立しているコイルのチップ５５の間では、コイルアレイの
中央領域の直径Dは３．９インチ（９．９cm）である。各コイルは、銅線４３の３３／４ターンを有する。アルミナセラミックリッド１０は、直径１２インチ（
３０cm）、厚さ０．６５インチ（１．６５cm）である。カソード電極１６は、リ
ッドの下の３インチ（７．６cm）に、８インチのシリコンウエハを支持する。
８インチのシリコンウエハの上の酸化シリコン層をエッチングするための標準プ
ロセスを用いるこの具体例の試験では、エッチングは、空間的に一様であったと
考えられ、フェライトコアの形状又はくさび形のコイルに対応するエッチングパ
ターンは視覚的に認められなかった。１-シグマ空間の不平等性を測定したが、これは１パーセント（３mmの端部排除で）に等しいエッチング速度であった。こ
のように優れたエッチング速度均一性の観察値及び測定値は、ウエハでの磁界強
度が無視できることを意味する、また、リッドに隣接した磁界の均一性は少なく
とも、ウエハ上で優れたプロセス均一性を実現するために必要な程度であったこ
とを意味する。

【００４５】磁界の形状及び均一性は、次の次元の相対値によって影響を受ける。コイルの
軸長または高さ「H」、隣接し合うコイルの間の方位角のギャップ「W」、コイル
に占められていないコイルアレイの中央領域の直径「D」、即ち、半径方向の反対側のコイルチップにより画される直径（図２及び図５を参照）、そして、方位
角方向に隣接し合うコイルの角方向の中心間距離である。

【００４６】方位角方向に隣接し合うコイルの間の方位角方向のギャップW及び角方向の中心間距離は重要なデザインパラメータであり、それは、磁気のカスプ磁場がチャ
ンバリッド１０の下のチャンバ内部１００まで延びる「浸透距離」にこれらが影
響を及ぼすからである。コイル間の方位角のギャップW又はコイル間角方向中心間距離を増加させることにより、典型的には磁界の浸透距離が増加する。誘導コ
イルアレイ３０を設計する際、典型的には、磁界の浸透距離を最適化することが
、方位角のギャップを選択することの主要な考慮事項である。

【００４７】磁界の浸透距離の最適化のためには、プロセス速度の考慮と空間均一性の考慮
をバランスさせる。浸透距離を増加させることは有利であり、何故ならRF電力が
結合されるリッドの下にあるプラズマの容量を増加させるからである。しかし、
浸透距離を低減すれば、半導体ワークピースを磁界が無視できる遠距離場の中に
止めつつ、半導体ワークピースをコイルアレイ３０に近接して配置することがで
きるため、有利である。所与の浸透距離に対して、ワークピースの距離が浸透距
離よりも大きくなれば、先に述べたようにプロセス速度及び空間の均一性に影響
を及ぼす。

【００４８】ここに説明した具体例のように、ワークピースがリッドの下３インチである場
合でも、ワークピースでの磁界強度は無視できることを見出し、これはここに説
明した試験のエッチレイトで有意な方位変化がないことにより立証された。従っ
て、磁界の有効浸透距離は、３インチ未満である必要がある。

【００４９】例示された好ましい具体例では、チャンバリッド１０の方位角のまわりで離間
される８つくさび形のコイル４０、４２を使用する。従って、隣接し合うコイル
間の角方向の中心間距離は、３６０°の1/8 = ４５°である。コイルの数を増や
しコイル間の角方向間隔を低減することは、２点の影響を生じるだろう。第１に
、ワークピースの近くでプラズマの方位角の均一性を改良するだろう。第２に、
コイル間の方位角のギャップWが、コイル間の角方向間隔の減少に比例して減少する場合は、チャンバへの磁界の浸透距離は、先に述べたように減少するだろう
。方位角のギャップW又は角方向の中心間距離を調節することにより磁界の浸透距離を調整するこれまでの説明では、図７の磁界ライン１２０で示すように、コイ
ルにより発生される磁界が、隣接し合うコイルの間のギャップの中に主に現れる
ことを仮定しており、これは隣接し合うコイルが反対の極性ではなく同じ極性を
有するケースで生じるように各コイルの真下にあるのではない。

【００５０】大きさについて上で述べた好ましい具体例では、方位角のギャップWとコイル高さHの比は約１．６であり、即ちH：W = １．６：１である。また、方位角のギ
ャップWが１．２５インチから５インチまで増加した具体例の試験を行い、ギャップコイル高さより２．５倍大きくなり、比が逆になり、即ちH：W = １：２．５となった。この試験では、各コイル真下のワークピースの領域で最大エッチレ
イトの領域を示した。これは、各コイルによって発生される磁界が、コイルの下
で集中したことを示すH：W = １：２．５の場合であり、隣接し合うコイルの間に延びるH：W = １．６：１の場合ではない。

【００５１】この結果から推論すれば、H：Wが１よりも大きくなることが好ましく、即ち、
軸方向のコイル長さ又は高さが、隣接し合うコイルの間の方位角のギャップWよりも大きくなる必要があり、これは、それは各コイルの真下に集中するのではな
くコイル間のギャップの中に一様に延びる磁界パターンを発生するためである。
このパターンは、ワークピースの近くに最良のプラズマ空間均一性を提供すると
考えられ、また、先述したように磁界の浸透距離の調整を可能にすると考えられ
る。

【００５２】中央領域の直径Dが隣接し合うコイルの間の方位角のギャップWと比べてあまり
に大きい場合は、コイルアレイの中心の近くに磁界強度の低下部分が存在するだ
ろう。上述の通り、D = ３．９インチW =１．２５インチで優れたプロセス均一性を観測した。逆に、直径Dが方位角のギャップWに匹敵する値又はそれ以下に実
質的に減らされる場合は、全てのコイルは、我々が試験ないし分析しなかった複
雑な方法で、強く相互作用するに十分に近づくだろう。従って、現時点で我々は
、形成されている磁界のパターンを予測することができない。

【００５３】我々の発明の１の利点は、任意の２つの隣接し合うコイルによって貢献される
プラズマ励起が、この２つのコイルの近傍に局所化されるので、異なるプロセス
及び異なるチャンバサイズのためのデザイン及び形状を最適化することが容易で
あるという点である。例えば、空間の均一性を最大にするため、プラズマ密度又
はプロセス速度が最も低いか最も高い半導体ワークピース領域に最も近いコイル
によって発生される磁界を増減することによって、我々のデザインを容易に最適
化できる。別の例では、我々のデザインは、単に多くのコイルを加える事と、各
コイルのサイズを増加する事の一方又は双方により、大型のチャンバに適合させ
ることが可能である。

【００５４】また別の例では、我々のデザインは、円形のアレイではなく方形又は行列のア
レイでコイルを整列させることにより、方形のフラットパネルディスプレイ用の
方形のチャンバに適合させることが可能である。ワークピースの近くでプラズマ
密度の横の均一性を最大にするため、隣接し合うコイル間の周囲の横方向又は横
のスペーシングWは、隣接し合うコイルのあらゆる対に対して等しくなければならない。円形の半導体ウエハを製造するために用いられる円形の横断面を有する
前述のチャンバでは、この均等なスペーシング「W」を得るには、くさび形のコイルを用いるのが最良である。方形の半導体ワークピースの製造用の方形の横断
面を有するチャンバでは、コイルの周囲のギャップ「W」が均等である場合に、均等なスペーシング「W」は各誘導コイルの形には無関係に得ることができる。図１４は、コイルが円筒状、すなわち各コイルが円形の横断面を有する誘導コイ
ル４０、４２の方形のアレイを例示する。図１５は、各コイルが方形の横断面を
有する方形のアレイを例示する。

【００５５】リッド１０の温度を調整することは、少なくとも２つの理由で重要である。第
１に、リッド（及びプラズマに曝露される他のチャンバ面の）の温度は、プラズ
マプロセスの性能に強い影響を及ぼす。従って、リッドの温度は、始終一貫した
プロセス性能を確実にするために調整されなければならない。第２に、リッド上
にポリマーが不可避的に堆積するプロセスでは、過多な温度変動によって、ポリ
マーが剥がれ落ちワークピースを汚染するようになる。

【００５６】プラズマがチャンバの中に存在する間、リッドの温度は上昇する傾向があり、
これは、プラズマからの熱の吸収及びコイル４０、４２からの熱及びＲＦエネル
ギーの吸収による。逆に、ワークピースがチャンバに搬入出の最中にプラズマが
オフにされている間、リッドの温度は降下する。

【００５７】リッドの温度を調整するために、リッドの我々の好ましい具体例ではチャンネ
ル（図示されない）を有し、このチャンネルの中を誘電冷却流体、好ましくは脱
イオン水とエチレングリコールの混合物がポンプ輸送される。外部の制御システ
ムは、冷却流体の温度を５０℃に調整する。

【００５８】例示された好ましい具体例の場合のように各コイル４０、４２が磁気コア５２
を有する場合、磁性体材料の大部分の透磁率が温度従属性を有するので、磁気コ
アの温度を調整することは重要である。大部分のフェライト材について、透磁率
は特定の閾値温度での最大値までは昇温と共に増加し、閾値より高い温度では低
下する。我々の好ましい具体例で用いられる特定のマンガン-亜鉛フェライトの閾値温度は、約１００℃である。

【００５９】磁気コアの温度がこの閾値温度より高くなれば、温度が制御できずに高くなる
（熱暴走する）が、これは、磁気コアの温度が増加すればこれらの透磁率を低減
するからであり、これは、各コイルのインダクタンスを低減し、そしてこれは、
各コイルを流れる電流を増加し、それゆえこのコイルを流れる電流の増加により
コアの温度を更に上昇させる。このような熱暴走を防止するため、磁気コアの温
度をこの閾値温度よりも低く維持することが非常に好ましい。

【００６０】この閾値温度よりも低く磁気コア５２を維持すること以上に、この温度変動を
実際可能な限り制限するためにコアの温度を調整することが好ましい。温度変動
がコイル４０、４２のインダクタンスを変えるので、インピーダンス整合ネット
ワーク３１の可変インダクタと可変コンデンサの一方又は両方を調整して、RF電
源３２からプラズマに結合されるRF電力を一定のレベルに維持するようにしなけ
ればならない。従来の整合ネットワーク３１は、自動的に及び連続的に必要な調
整を実行することができる。しかし、磁気コアの温度の変動が許容される範囲を
広く取れば、インピーダンス整合ネットワークの可変インダクタと可変コンデン
サの一方又は両方に要する調整の範囲も広くなり、その結果、可変インダクタや
可変コンデンサのコストが増加する。従って、整合ネットワークのコストを最小
にするために、実際可能な限りこの温度変動を制限するためにコアの温度を調整
することが好ましい。

【００６１】この好ましい具体例では、我々は２つの手段によってフェライトコア５２を冷
却する。第１は、ファン（図示されず）がコイルアレイ３０の上方に装着され、
コイルアレイに下向きに比較的低温の雰囲気空気を吹きつける。冷却は、中空で
かつ方位角側４４で開いている巻型５０によって容易になされ、これによりフェ
ライトコアのこの側は低温の空気に完全に曝露されるようになる。第２は、チャ
ンバリッド１０の前述の温度調整により、リッド及び巻型５４とベースプレート
５６の両方の間の熱移動によるコイルアレイの冷却を補う。従って、我々はフェ
ライトコアの温度を２０℃〜４５℃の範囲内に維持する。

【００６２】より積極的な冷却機構がより高いRF電力を必要とする他の用途に必要であるだ
ろう事が、考えられる。このような用途のために、我々はコイルアレイ３０の強
制ガス冷却を採用する可能性を予想する。具体的には、我々はベースプレート５
６内に形成されるチャンネルに空気又は窒素ガスがポンプ輸送されることを予想
し、そこからガスは上方へと流れコイル４０、４２に至り、その後、コイルアレ
イより上に置かれるガス排気マニホルドによって排気される。

【００６３】軸方向距離がコイルアレイ３０から離れるに従い磁界強度が急に降下するため
、プラズマからコイルアレイを隔てる誘電体リッド１０はできるだけ薄くすべき
であるが、容易にクラックが入るほど薄くない方がよく、そうでなければダメー
ジを受ける。前述のように、この好ましい具体例ではリッドは厚さ０．６５イン
チである。好ましいリッドがそれほど厚い理由は、ここで説明した水冷チャンネ
ルを適応させるためである。我々は、冷却流路を削除することによってリッド厚
さがこの量の半分に減らされることを予想する。しかし、我々は先に述べたよう
に、リッドの温度を調整することの重要性のため、冷却チャンネルを削除するこ
とが非実用的であると考える。

【００６４】例示された具体例では、リッドのアルミナ材料がコイルアレイに堅くボルトで
締められる応力に確実に耐えるには十分強くないので、基部５６は直接にリッド
１０に固定されない。その代わりに、基部はメタルカバー５８に取り付けられ、
カバーはチャンバ壁１２に取り付けられる。このカバーの目的は、近くの他の電
気設備を妨害するコイルからのRF放射を単に防止するためであり、また、人間が
コイルに接触して感電される危険から保護するためである。更に具体的には、基
部は、４つのL形のねじ切り入り誘電引き分け５７によって、メタルカバーに取り付けられ、そしてそれは、基部５６の周囲及びカバー５８の対応する装着穴に
、ねじ５９によって固定される。

【００６５】プロセス性能の整合性及び繰返し性を確実にするため、コイルアレイ３０の中
心を正確にチャンバの中心軸にアラインメントすることが重要である。従って、
ここ説明した引き分け、留め金具及び装着穴は、チャンバに対しての基部５６の
配置を決めるものであり、これらは厳密な寸法公差を有する必要がある。我々は
、数ミル即ち約０．１mmよりも小さな寸法公差を維持することが実用的であるこ
とを見出した。

【００６６】リッド１０のアラインメントは、リッドが電気的に活性の構成要素を有しない
ので、コイルアレイのアラインメントほど重要でない。例示された好ましい具体
例では、リッドの周囲は、外側ライナ２６の内方へ単に突き出る棚２８の上に置
かれる。留め金具は、用いられず、チャンバが排気されるまで、リッドは自重だ
けで適所に保持される。チャンバ内に真空が形成される場合は、リッドの外側の
大気圧はリッドを適所にタイトに保持する。

【００６７】プラズマチャンバの中に磁界強度を最大にするために、基部５６をベース１０
にできるだけ近く載置することが望ましい。基部を装着する我々の好ましい方法
では、リッドの上に直接に配置することが可能である。具体的には、ねじ５９が
中に延びるカバー５８の穴は垂直に延び、これにより、ねじがしっかりと締めら
れる前に、カバーに対してベース５６が垂直に運動できるようにする。先ず、コ
イルアレイ３０の全体は、カバーの穴の中にねじ５９を伸ばし、引き分け５７に
一部これらのねじを止めることにより、カバーにゆるく取り付けられる。次に、
基部５６がリッド１０の上に配置されるよう、できあがった組立体は、チャンバ
リッド上まで下げられる。最後に、カバーはチャンバにボルト締めされ、そして
コイルアレイのアラインメントをしっかりと維持するために、ねじ５９がしっか
りと締められる。

【００６８】図８〜１０はそれぞれ、隣接し合うコイル４０、４２の各対に、反対の磁界極
性を発生するための３つの代替回路を示す。図面を単純化するため、図８〜９は
４つのコイル対のうち１つだけを示し、図１０は４つのコイル対のうち２つだけ
を示す。図８〜１０の３つ回路の全てにおいて、４つのコイル対は実際、インピ
ーダンス整合ネットワークの出力に相互に並列に接続している。図１０は、相互
に並列に接続したコイル対１１０のうちの２対を示すことによって、４つのコイ
ル対の並列接続を例示する。

【００６９】図８のデザインでは、８つのコイル４０、４２の全ては、電源３２に並列に接
続し、従って電源は、各個々のコイルを流れる電流の８倍に等しい全電流をコイ
ルアレイに供給しなければならない。図９及び図１０に示されるデザインでは、
隣接し合うコイル４０ａ、４２の対１１０のそれぞれは直列に接続し、よって得
られた４つの直列接続のコイル対は、電源３２に並列に接続している。従って電
源は、各個々のコイルを流れる電流の４倍に等しい全電流をコイルアレイに供給
しなければならない。図９及び図１０のデザインで要する電流の２倍の電流を供
給する電源を必要とするので、我々は図８デザインの方が望ましくないと考える
。

【００７０】多くの半導体製造プロセスに対して、プラズマからのイオンによるチャンバリ
ッドのスパッタリングを最小にするよう、できる限り第１の電源３２からのRF電
力が容量的に（即ち静電的に）ではなく誘導的にプラズマに結合されることが望
ましい。図８〜１０に示される配線案の全ては、各コイルの最も下のターンを電
気的アースポテンシャル又はその近傍に維持する利点を共有する。従って、各コ
イルのプラズマに最も近い部分は最も低いRF電圧を有し、そのためコイルとプラ
ズマの間の容量結合が低減される。

【００７１】コイルとプラズマの間でさらに容量性の（静電の）結合を減らすことが要望さ
れる場合は、従来のファラデーシールドを誘導コイルアレイとチャンバ内部の間
に装備すべきである。

【００７２】図８の具体例では、第２のコイル４２が時計回りに巻かれ、第１のコイル４０
は逆時計回りに巻かれる。各コイルの最も下のターンは、電気的アースに接続し
ている。各コイルの最も上のターンは不均衡のインピーダンス整合ネットワーク
３１の出力３５に接続しており、これはRF電源３２からその入力を受け取る。２
つのコイル４０、４２が反対方向に巻かれているため、同じRF電流によって駆動
される場合、これらはそれぞれ反対の極性の磁界を発生する。

【００７３】図９及び図１０の具体例では、コイル４０ａ及び４２は、同じ方向で巻かれて
おり、ここでは時計回りに例示されているが、適切であれば逆時計回りでもよい
。２つのコイルは、接合部３９で第２のコイルの最低のターンに、第１のコイル
の最低のターンを接続することにより、直列に接続している。

【００７４】図９のデザインでは、２つの出力４８、４９の間の差し引きの出力信号（すな
わち差）を提供するインピーダンス整合ネットワーク３１ａを通して、RF電源３
２は各対の２つのコイルに接続している。整合ネットワークの第１の出力ターミ
ナル４８は、第１のコイル４０ａの最も上のターンに接続しており、第２の出力
ターミナル４９は、第２のコイル４２の最も上のターンに接続している。一方の
コイルの電流フローの方向が他方のコイルの電流フローの方向と反対になるので
、２つのコイル４０ａ及び４２は、反対の極性の磁界を発生する。接地されたト
ランスセンタータップに対して整合ネットワークの２の出力が均衡を保たれるの
で、各コイル４０ａ、４２（これらは接合部３９で接続される）の最も下のター
ンは電気的アースポテンシャルにある。

【００７５】図９のデザインの見込まれる修正（図示されず）としては、トランス二次巻線
のセンタータップを除外することが考えられ、ここでは、誘導コイル４０ａ、４
２は、アースに対して「フロート」しており、すなわち、二次巻線及び誘導コイ
ルをアースに接続する経路が存在しない。この代替的な「フロート」の実施例に
おいては、コイルアレイのレイアウトが、インピーダンス整合ネットワークの平
衡出力４８、４９に対して対称的であるので、各コイルの最も下のターン及び接
合部３９は、電気的アースポテンシャルの近く維持されたままであるだろう。図９デザインでは、インピーダンス整合ネットワーク３１ａは、平衡出力４８、
４９へ電源３２の不平衡出力を変換するためにトランス３８を使用する。図９デ
ザインの不利な点は、効率のよい高電力のRFトランス、即ちアーク発生なしで高
RF電圧に耐えることができ、高効率を実現するために十分に低い抵抗を有し、一
次巻き線と二次巻線の間に高い結合係数を有するようなトランスを設計すること
が難しいということである。

【００７６】図１０は、各対の２つのコイル４０ａ、４２の間の接合部３９がおよそ電気的
アースポテンシャルにあるように、各誘導コイル対１１０を駆動するための新規
な回路を示す。一対の平衡出力４８〜４９を有するインピーダンス整合ネットワ
ーク３１ａを必要とする図９のデザインとは対照的に、図１０のデザインは、不
平衡出力３５を有するあらゆる従来のインピーダンス整合ネットワーク３１に有
効である。

【００７７】具体的には、図１０のデザインでは、第１の誘導コイル４０ａの「高温の」端
部（即ち第２のコイル４２に接続していない方の第１のコイル４０ａの端部）は
整合ネットワーク３１の出力３５に接続しており、第２の誘導コイル４２の「高
温の」端部はキャパシタ９０を通して電気的アースに接続している。キャパシタ
９０は、RF電源３２の周波数でほぼ第２の誘導コイル４２のインダクタンスで直
列共振をつくるように選ばれるキャパシタンス値を有する。この直列共振のため
、２つの誘導コイルの間の接合部３９は電気的アースに近接する。キャパシタ９
０の容量性リアクタンスが第２のコイル４２の誘導リアクタンスをほぼ相殺する
ので、インピーダンス整合ネットワーク３１の出力３５に接続した負荷インピー
ダンスは、第１のコイル４０ａのインダクタンスに、プラズマの負荷インピーダ
ンスを加えた（更にフェライトコアに放散される熱のためのより小さい抵抗成分
を加えた）ものにほぼ等しい。

【００７８】誘導コイル対１１０が相互に並列に接続しているので、キャパシタ９０がRF電
源の周波数で共鳴する際のインダクタンスは、全てのコイル対１１０のそれぞれ
の第２のコイル４２の並列結合である。同一のコイル対がＮ個あるならば、Ｎ個
の第２のコイル４２の結合インダクタンスは、１個の第２のコイル４２のインダ
クタンスをＮで除したものであろう。従って、キャパシタ９０に要するキャパシ
タンスの値は、RF電源の周波数において第２のコイル４２の１個と共鳴するキャ
パシタンスのＮ倍である（図１〜７の好ましい具体例では、４つのコイル対１１
０があり、従ってＮ＝４である）。

【００７９】あらゆる従来のインピーダンス整合ネットワーク３１を用いることが可能であ
るが、図８及び図１０は、整合ネットワークのために我々の好ましい回路を示し
、これは従来の「Lネットワーク」である。このネットワークは、電源３２の５０オームの抵抗出力インピーダンスに整合するためのプラズマ負荷インピーダン
スを変換する。可変の「負荷」キャパシタ９１及び可変の「同調」インダクタ９
３は、従来の反射電力検出部によって測定されるように、RF電源３２の出力にお
ける反射電力を最小にするようフィードバック制御ループにより調整されること
が好ましい。ネットワークが反射電力を最小限にするように調整される場合、３
つのキャパシタ９０、９１、９２及び３つのインダクタ４０ａ、４２、９３の直
列の結合がおよそRF電源３２の周波数で共鳴するように、「同調」インダクタ９
３のインダクタンスが大まかに調整される。プラズマ負荷インピーダンスが変化
される入力インピーダンスは、「負荷」キャパシタ９１の調整値により主に決定
される。

【００８０】あるいは、固定コンデンサ９２を可変の「同調」キャパシタと取り替えること
ができ、その場合には、「同調」インダクタ９３を除外してもよい。しかし、適
切な可変キャパシタは非常に高価であるため、我々はこの高電圧用途の可変イン
ダクタを可変キャパシタよりも好ましいと考える。また、代表的な高電圧可変キ
ャパシタの同調シャフトは回転摩擦が高いため、インピーダンス整合ネットワー
クを高速で同調する際の妨げになる。

【００８１】対照的に、「荷重」キャパシタ９１のインピーダンスは非常に低く、それゆえ
に、このような高電圧に耐える必要はなく、経済性よく制作ないし製造すること
が可能である。Richard Mettらの１９９７年１０月２０日出願の米国特許出願０
８／９５４３７６、標題"High Efficiency Impedance Matching Network,"には、可変の「負荷」キャパシタのための我々の好ましいデザインが説明されている
。このコイルアレイ３０の好ましい具体例では、８つの誘導コイル（すなわち４つ
のコイル対）を使用し、これら８つのコイルのそれぞれは３．６μＨのインダク
タンスを有している。図９及び図１０のデザインでは、誘導コイルの対４０ａ、
４２が直列に接続し、４つの対が並列に接続しており、インピーダンス整合ネッ
トワークの出力３５とキャパシタ９０の間に接続しているコイルアレイの全イン
ダクタンスは、１．８μＨである。

【００８２】我々の現在好ましい具体例では図１０の回路を用いるが、ここではRF電源の周
波数が１３．５６MHzであり、キャパシタ９０が１２０ｐｆであり、負荷キャパシタ９１は、３０〜１３００ｐｆの可変キャパシタに並列な、４５０pfの固定キ
ャパシタであり、同調キャパシタ９２は９０ｐｆであり、同調インダクタは０．
３５〜０．７０μＨである。

【００８３】前述のように、好ましい具体例では各誘導コイル４０ａ、４２は、３３／４タ
ーンのワイヤを有する。以前のプロトタイプでは、各誘導コイルは、６ターンの
ワイヤを有していた。

【００８４】我々は、以前のプロトタイプのコイルアレイの浮遊容量が、アレイに約１４MH
zの自己共振周波数を与え、これはRF電源３２の周波数１３．５６MHzとほぼ同じ
であることを見出した。従って、あらゆるインピーダンス整合ネットワークにつ
いて電源出力インピーダンスにコイルアレイを整合させることは非常に困難であ
った。本発明の３３／４ターンまで巻数を減らすことにより、自己共振周波数を
約２８MHzまで上げた。この実験は、最適デザインがコイルアレイの物理的なレイアウトにおける寄生インダクタンス及び寄生キャパシタンスによって影響を受
けることを例示する。

【００８５】直列接続コイルの各対（４０、４２）又は（４０ａ、４２）は随意、磁気によ
って対の２つのコイルの磁気コアに接続する磁気分流器（図示されず）がその上
部にある。このような分流器は、コイルよって発生される磁束を多少増やすこと
になるだろう。しかし、我々の実験では、分流器による利益は見られなかったた
め、分流器は好ましい具体例には含まれない。

【００８６】前述のように、図１〜３に示される誘導コイルアレイは、アレイの中央のギャ
ップに誘導コイルがないにもかかわらず、テストされた半導体製造プロセスの優
れた空間の均一性を形成する。それでもなお、アレイの中央にコイルを加え磁界
パターンを変更することによって、プロセスの空間の均一性を向上することがで
きる用途が存在する。図１１及び１２は、代替誘導コイルアレイを示し、これは
、軸が周囲のコイル４０、４２の軸に平行である円筒形状のテフロン誘電体巻型
６２に巻かれる円筒状の中心コイル６０を加える。円筒状のフェライト磁心６４
は、巻型６２の中央の円筒キャビティの中を占めることが好ましい。

【００８７】中心コイルは、くさび形のコイル４０、４２に電力を供給する同じRF電源３２
に接続している。中心コイル６０がＳコイル４０と同期して又はＮコイル４２と
同期して接続されるかどうかは問題ではない。中心コイルの磁界強度は、所望の
磁界パターンを発生するために調整可能である。磁界の空間の均一性を最大にす
るか、ワークピースの上で実行される製造プロセスの空間の均一性を最大にする
よう、中心コイルの電界強度は、経験的に調整されることが好ましい。磁界強度
の調整は、コイルが巻かれるコアの中に用いられる鉄の材料の量又は組成を変え
ることにより、また、中心コイル６０の中にワイヤの巻数を変えることにより、
または、他のコイルと比較して中心コイルに印加されるRF電力の量を調整するこ
とにより、行うことが可能である。

【００８８】図１３は、コイルの２つの同心アレイを有する誘導コイルアレイの代替的な別
の具体例を示す。具体的には、この具体例では、図２具体例のくさび形のコイル
のそれぞれが、半径方向内側のコイル７０と半径方向外側のコイル７２に分割さ
れ、これらの間にはギャップがある。図１３でＳ及びＮの記号によって示される
ように、あらゆる方向で隣接し合うコイルが反対の極性を有するように選択され
た極性で、コイルは第１のRF電源に接続している。

【００８９】図１３の同心のコイルの具体例は、半導体ワークピース上で実行されるプロセ
スの空間的な均一性を最大にするため、あるいは他のプロセス性能パラメータを
最適化するために、独立に調整可能な多数の物理パラメータの余裕を持つ。例え
ば、独立に調整されることができる次元には、隣接し合う内側コイル７０同士の
間の方位角方向のギャップや、隣接し合う外側コイル７２同士の間の方位角方向
のギャップや、内側コイル７０とこれに隣接した外側コイル７２の間の半径方向
のギャップが含まれる。これらのパラメータ間の作用が複雑であるので、調整の
最適化は通常、経験的になされるだろう。

【００９０】図１３の同心のコイル具体例は、半径方向の成分がその方位角の成分に大きさ
の点で匹敵するカスプパターンを有する磁界を発生する。対照的に、図２の具体
例は、半径方向の成分が無視できる磁界を発生する。この差異は、プロセスチャ
ンバ内に発生するプラズマの均一性に影響を及ぼすが、何故なら、半径方向に指
向する磁界がプラズマ中の電子の方位角方向のドリフトを引き起こすことにより
、プラズマ密度の方位角方向の不均一性に貢献するからである。逆に、方位角方
向に指向する磁界はプラズマ中の電子の半径方向のドリフトを引き起こし、それ
によってプラズマ密度の半径方向の不均一性に貢献する。図２の具体例と図１３
の具体例のいずれを選択するかは、空間の均一性に影響する他のチャンバデザイ
ン及び化学プロセス因子を補正する必要性に依るだろう。

【００９１】上で説明した好ましい具体例ではRF電源３２を使用するが、これは１３．５６
MHzの周波数でコイルアレイに電力を供給する。我々の理論解析では、所与の電力レベルではRF周波数を下げればコイルを流れる電流が増加し、誘導コイルのワ
イヤの抵抗のため熱として消費される電力を増加させるだろう。また、電流が増
加すれば、誘起磁場を増大させ、フェライトコアに熱として消費される電力を増
加させるだろう。我々は、電源周波数を１３MHzから２MHzへと変えることによっ
てこの理論を試験した。我々の試験では、電源により供給される同じRF電力レベ
ルに対して、２MHzの方が１３MHzよりもフェライトコアが高温であると確認した
。また、我々の解析では、RF周波数を下げれば磁界の浸透距離が増加するだろ
うと予測する。前述のように、コイルアレイに対して相対的に与えられたワーク
ピース取付位置に対して、浸透距離を増加すれば一般には、プロセス速度が増加
しプロセスの空間の均一性が低減する。

【００９２】ここに説明した好ましい具体例では、コイルアレイ３０から誘導的に結合され
るRF電力とカソード電極１６から容量的に結合されるRF電力の組合わせによって
、処理ガスはプラズマ状態に励起される。また、我々の発明のコイルアレイは、
他のあらゆるタイプのプラズマソースによって励起されるプラズマの密度を高め
るために用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を用いるプラズマチャンバの部分的な概要の横断面図である。

【図２】図２は、チャンバ内の誘導コイルのアレイの概要の平面図である。

【図３】図３は、部分的に概要の、図２の誘導コイルアレイの斜視図である。

【図４】図４は、図１〜３の誘導コイルのうちの一の斜視図である。

【図５】図５は、図１〜３の誘導コイルのうちの一の断面図である。

【図６】図６は、図５の誘導コイルの破断斜視図である。

【図７】図７は、方位角方向に指向するカスプ磁場を示す半円弧形断面軌道に沿った誘導
コイルアレイの断面図である。

【図８】図８は、RF電源装置と電気的アースの間で並列に接続した２つの隣接コイルの電
気回路図である。

【図９】図９は、RF電源装置の平衡出力に接続する２つの直列に接続した隣接コイルの電
気回路図である。

【図１０】図１０は、RF電源装置の不平衡出力に接続する２つの直列に接続した隣接コイル
の電気回路図であり、一のコイルがキャパシタを通して電気的アースに接続する
という新規な特徴を有する。

【図１１】図１１は、中央コイルを有する別の誘導コイルアレイの概要の平面図である。

【図１２】図１２は、図１１の誘導コイルアレイの部分的に概要の斜視図である。

【図１３】図１３は、同心のコイルを有する別の誘導コイルアレイの概要の平面図である。

【図１４】図１４は、円筒状の誘導コイルの方形のアレイの概要の平面図である。

【図１５】図１５は、誘導コイルの方形のアレイの概要の平面図であり、各コイルが方形の
横断面を有している。

【符号の説明】

１０…リッド、１２…側壁、１４…底部壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者シャン，ホンチンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，タンブルウェイ 3639 (72)発明者ブジョルクマン，クラエスアメリカ合衆国，カリフォルニア州，マウンテンヴュー，カリフォルニアストリート 1532 ナンバー５ (72)発明者ドアン，ケニーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，クランペットウェイ 1583 (72)発明者ウェルチ，マイクアメリカ合衆国，カリフォルニア州，リヴァーモア，ローマストリート 940 (72)発明者メット，リチャード，レイモンドアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンタクララ，アンナドライヴ 2255 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA06 BA20 BB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内のプラズマに電力を誘導結合するためのプラズマソースであっ
て、第１の複数の誘導コイルを備え、該コイルのそれぞれは、円形の横断面を有する第１の幾何学面に隣接して配置さ
れる軸端部を有し、該コイルは、第１の幾何学の面の前記円形の横断面に対して、方位角方向に等し
い間隔で配置され、該コイルのそれぞれは、任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺が第１の幾何学面
の円形横断面の半径と略平行であるように、くさび形である横断面を有するプラ
ズマソース。
【請求項２】該コイルのそれぞれが、自身が巻かれる縦軸を有し、各コイ
ルの縦軸は第１の幾何学面に対して略垂直である請求項１に記載のプラズマソー
ス。
【請求項３】任意の２つの隣接し合うコイルがそれぞれ、反対の極性の磁
界を発生する請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項４】任意の２つの隣接し合うコイルがそれぞれ、反対の極性の磁
界を発生するよう、それぞれの極性でそれぞれの誘導コイルに電力を供給するた
めに接続された電源を更に備える請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項５】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接し
合うコイルの一方は時計回りに巻かれ、前記２つの隣接し合うコイルの他方は逆
時計回りに巻かれる請求項４に記載のプラズマソース。
【請求項６】該コイルのそれぞれは同じ方向に巻かれ、電源からの電流が
前記２つの隣接し合うコイルを反対方向に流れるよう、任意の２つの隣接したコ
イルが反対の極性で電源に接続する請求項４に記載のプラズマソース。
【請求項７】該誘導コイルのそれぞれが、実質的に１より大きな透磁率を
有している磁気コアを更に有する請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項８】第１の幾何学面の中心に隣接して配置される軸の端部を有す
る中心誘導コイルを更に備え、該中心コイルは、第１の複数のコイルに囲まれて
いる請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項９】第２の複数の誘導コイルを更に備え、第２の複数のコイルのそれぞれは、第１の幾何学面に対して同心でかつこれを取
り囲む略平坦な環状の面に隣接して配置される軸の端部を有し、該第２の複数のコイルは、環状の面に対して方位角方向に等しい間隔で配置され
、該コイルのそれぞれは、任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺が環状の面の半径
と略平行になるように、くさび形の横断面を有する請求項１に記載のプラズマソ
ース。
【請求項１０】任意の２つの隣接し合うコイルがそれぞれ反対の極性の磁
界を発生する請求項９に記載のプラズマソース。
【請求項１１】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし前記内部に真空を維持するためのエンクロージャと、 RF電源と、コイルが前記内部の部分の中に磁界を発生するように、RF電源から電力を受け取
るように接続された複数の誘導コイルとを備え、該コイルのそれぞれは、円形の横断面を有する第１の幾何学面に隣接して配置さ
れる軸の端部を有し、該コイルは、第１の幾何学面の前記円形横断面に対して、方位角方向に等しい間
隔で配置され、該コイルのそれぞれは、任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺が幾何学面の円形
横断面の半径と略平行であるよう、くさび形の横断面を有するプラズマチャンバ
。
【請求項１２】該幾何学面がエンクロージャの円形の誘電体壁の表面でで
あり、該誘導コイルが該円形の壁に隣接しその外に配置される請求項１１に記載
のプラズマチャンバ。
【請求項１３】半導体ワークピースを該幾何学面に平行に保持するための
チャックを更に備える請求項１１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１４】該コイルのそれぞれが、自身が巻かれる縦軸を有し、該コ
イルのそれぞれ縦軸が、第１の幾何学面に対して略垂直である請求項１１に記載
のプラズマチャンバ。
【請求項１５】任意の２つの隣接し合う誘導コイルが反対の極性の磁界を
それぞれ発生するよう、それぞれの極性でそれぞれの誘導コイルに電力を供給す
るために電源が接続される請求項１１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１６】誘導コイルからの距離であるチャンバ内の配置に半導体
ワークピースを保持するためのチャックを更に備え、コイルによって発生される任意の磁界の強度について、ワークピースの位置にお
いては、プラズマチャンバ内のコイルにより近い他の位置におけるよりも少なく
とも１０倍小さくなるよう、コイルとワークピースの位置と間の距離に比べて十
分に小さな方位角方向のギャップだけ、誘導コイル同士は間隔をあけられる請求
項１５に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１７】チャックが半導体ワークピースを幾何学面に平行に保持す
る請求項１６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１８】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接
し合うコイルの一方が時計回りに巻かれ、前記２つの隣接し合うコイルの他方は
逆時計回りに巻かれる請求項１５に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１９】該コイルのそれぞれが同じ方向に巻かれ、電源からの電流
が前記２つの隣接し合うコイルを反対の方向に流れるように、任意の２つの隣接
したコイル同士は反対の極性で電源に接続する請求項１５に記載のプラズマチャ
ンバ。
【請求項２０】該誘導コイルのそれぞれが、１より略大きな透磁率を有す
る磁気コアを更に備える請求項１１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２１】電源に接続し、幾何学面の中心に隣接して配置される軸の
端部を有する中心誘導コイルを更に備え、中心コイルは、第１の複数のコイルに囲まれる請求項１１に記載のプラズマチャ
ンバ。
【請求項２２】第２の複数の誘導コイルを更に備え、第２の複数のコイルのそれぞれは、第１の幾何学面と同心でかつこれを取り囲む
略平坦な環状の面に隣接して配置される軸の端部を有し、該コイルは、環状面に対して第２の複数のコイルは、方位角方向に等しい間隔で
配置され、該コイルは、任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺が環状の面の半径と略平行で
あるよう、くさび形の横断面を有する請求項１１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２３】任意の２つの隣接し合う誘導コイルが、反対の極性の磁界
をそれぞれ発生する請求項２２に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２４】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと、前記内部の中の中央軸を有する略平坦な円形のワークピース領域に半導体ワーク
ピースを保持するためのチャックと、 RF電源と、前記内部の部分の中に磁界を発生するため、RF電源から電力を受け取るようにた
めに接続した複数の誘導コイルとを備え、該コイルのそれぞれは、前記中央軸と略平行であるそれぞれの軸に巻かれ、該コイルは、前記中央軸の周りで方位角方向に等しい間隔で配置され、該コイルのそれぞれは、任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣
接し合うコイルのそれぞれの隣辺が円形のワークピース領域の半径と略平行であ
るように、くさび形の横断面を有するプラズマチャンバ。
【請求項２５】該誘導コイルのそれぞれが、ワークピース領域に面した軸
の端部を有し、全ての誘導コイルのそれぞれの軸の端部は、ワークピース領域と
平行な平面に配置される請求項２４に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２６】あらゆる２つの隣接した誘導コイルがそれぞれ反対の極性
の磁界を発生するよう、それぞれの極性でそれぞれの誘導コイルに電力を供給す
るために電源が接続される請求項２４に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２７】該誘導コイルのそれぞれが、ワークピース領域から少なく
とも距離をおいて配置され、コイルによって発生される任意の磁界の強度につい
て、ワークピースの位置においては、プラズマチャンバ内のコイルにより近い他
の位置におけるよりも少なくとも１０倍小さくなるよう、前記距離に比べて十分
に小さな方位角方向のギャップだけ、あらゆる２つの隣接し合う誘導コイルの隣
辺が間隔をあけられる請求項２６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２８】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接
し合うコイルの一方が時計回りに巻かれ、前記２つの隣接し合うコイルの他方は
逆時計回りに巻かれる請求項２６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項２９】該コイルのそれぞれが同じ方向に巻かれ、電源からの電流が前記２つの隣接し合うコイルを反対の方向に流れるように、任
意の２つの隣接したコイル同士は反対の極性で電源に接続する請求項２６に記載
のプラズマチャンバ。
【請求項３０】該誘導コイルのそれぞれが、１より略大きな透磁率を有す
る磁気コアを更に備える請求項２４に記載のプラズマチャンバ。
【請求項３１】電源に接続し、幾何学面の中心に隣接して配置される軸の
端部を有する中心誘導コイルを更に備える請求項２４に記載のプラズマチャンバ
。
【請求項３２】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと、方形のアレイで整列される複数の誘導コイルであって、該コイルのそれぞれは、
自身が巻かれる縦の軸を有し、該コイルのそれぞれの縦の軸は、幾何学面に対し
て略垂直であり、該コイルのそれぞれは、幾何学面に隣接して配置される軸の端
部を有し、任意の２つの隣接し合う該コイルのそれぞれの周囲の間の横のギャッ
プが、任意の２つの隣接し合う該コイルに対して実質的に同一である第１の予め
定められた距離に等しいように、該コイルはお互いから離れて間隔をあけられる
、前記誘導コイルと、該誘導コイルが前記内部の部分の中に磁界を発生するように、該誘導コイルに電
力を供給するために接続したRF電源であって、該RF電源は、任意の２つの隣接し
合う該誘導コイルがそれぞれ反対の極性の磁界を発生するよう、それぞれの極性
でそれぞれの該誘導コイルに接続する、前記RF電源とを備えるプラズマチャンバ。
【請求項３３】各誘導コイルが、円形の横断面を有する請求項３２に記載
のプラズマチャンバ。
【請求項３４】各誘導コイルが方形の横断面を有し、隣接し合うコイルの
隣辺が平行である請求項３２に記載のプラズマチャンバ。
【請求項３５】半導体ワークピースを幾何学面に平行に保持するためのチ
ャックを更に備える請求項３２に記載のプラズマチャンバ。
【請求項３６】誘導コイルからの距離をおくチャンバ内の位置で半導体ワ
ークピースを保持するためのチャックを更に備え、コイルによって発生される任意の磁界の強度について、ワークピースの位置にお
いては、プラズマチャンバ内のコイルにより近い他の位置におけるよりも少なく
とも１０倍小さくなるよう、第１の予め定められた距離は、コイルとワークピー
ス位置の間の距離と比較して十分に小さい請求項３２に記載のプラズマチャンバ
。
【請求項３７】チャックが、半導体ワークピースを幾何学面に平行に保持
する請求項３６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項３８】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接
し合うコイルの一方が時計回りに巻かれ、前記２つの隣接し合うコイルの他方は
逆時計回りに巻かれる請求項３６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項３９】該コイルのそれぞれが同じ方向に巻かれ、 RF電源からの電流が前記２つの隣接し合うコイルを反対の方向に流れるように、
任意の２つの隣接したコイル同士は反対の極性でRF電源に接続する請求項２６に
記載のプラズマチャンバ。
【請求項４０】該誘導コイルのそれぞれが、１より略大きな透磁率を有す
る磁気コアを更に備える請求項３２に記載のプラズマチャンバ。
【請求項４１】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと RF電源と、内部に隣接して装着され電源に接続している多数の誘導コイルとを備え、コイルのそれぞれが内部より近い第１の端部と内部から遠い第２の端部とを有し
、コイルのそれぞれが、前記コイルの第１の端部が電気的アースに対して前記コイ
ルの第２の端部より実質的に低いRF電圧にあるように、電源に接続されるプラズ
マチャンバ。
【請求項４２】 RF電源が、電気的に接地される出力及び接地されてない出
力の２つの出力を備え、各コイルの第１の端部は、電気的アースに接続し、各コイルの第２の端部は、接
地されてない電源出力に接続する請求項４１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項４３】２つのターミナルを有するキャパシタであって、２つのキ
ャパシタターミナルの一方が電気的アースに接続し、キャパシタターミナルの他
方が接地されない、前記キャパシタを更に備え、 RF電源が電気的に接地されている出力と接地されてない出力の２つの出力を備え
、該誘導コイルが対で一緒に接続することにより、各対が該誘導コイルのうちの２
つから成り、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対のコイルの一方の第２のコイル端部がキャパシタの接地されてないターミナル
に接続し、対のコイルの他方の第２のコイル端部がRF電源の接地されてない出力に接続する
ようになり、キャパシタが全てのコイル対のそれぞれの第１のコイルを並列に接
続することによって提供されるインダクタンスで、RF電源の周波数で共鳴するキ
ャパシタンス値を有する請求項４１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項４４】２つのターミナルを有するキャパシタであって、２つのキ
ャパシタターミナルの一方が電気的アースに接続し、キャパシタターミナルの他
方が接地されない、前記キャパシタを更に備え、 RF電源が電気的に接地されている出力と接地されてない出力の２つの出力を備え
、前記誘導コイルの数が、整数Ｎに２を乗じた数であり、該誘導コイルがＮ個の対で一緒に接続することにより、各対が該誘導コイルのう
ちの２つから成り、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対のコイルの一方の第２のコイル端部がキャパシタの接地されてないターミナル
に接続し、対のコイルの他方の第２のコイル端部がRF電源の接地されてない出力に接続し、
キャパシタは、キャパシタンス値によって増加させられる整数Nに略等しいキャパシタンス値を有し、このキャパシタンス値は、N個のコイル対のうちの１の第１のコイルのインダクタンスで、RF電源の周波数で共鳴する、請求項４１に記載
のプラズマチャンバ。
【請求項４５】 RF電源が、電気的なアースに対して平衡する２つの出力を
備え、誘導コイルは対で一緒に接続することにより、各対が２つの誘導コイルか
ら成るようになり、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞ
れの第１のコイル端部が一緒に接続し、対の２つのコイルのそれぞれの第２のコイル端部が第１の電源出力及び第２の電
源出力に接続するようになる請求項４１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項４６】 RF電源が、電気的なアースに対してフロートする２つの出
力を備え、誘導コイルは対で一緒に接続することにより、各対が２つの誘導コイルから成る
ようになり、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対の２つのコイルのそれぞれの第２のコイル端部が第１の電源出力及び第２の電
源出力に接続するようになる請求項４１に記載のプラズマチャンバ。
【請求項４７】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと、 RF電源と、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルと、を備え、コイルのそれぞれが内部より近い第１の端部と内部から遠い第２の端部とを有し
、コイルのそれぞれが、前記コイルの第１の端部が電気的アースに対して、前記コ
イルの第２の端部より実質的に低いRF電圧にあるように、電源に接続されるプラ
ズマチャンバ。
【請求項４８】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャとそれぞれ電気的に接地される出力及び接地されてない出力の２つの出力を有して
いるRF電源と、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルと、を備え、コイルのそれぞれが内部より近い第１の端部と内部から遠い第２の端部とを有し
、第１のコイル端部は電気的アースに接続し、第２のコイル端部は接地されてない電源出力に接続しているプラズマチャンバ。
【請求項４９】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと、それぞれ電気的に接地される出力及び接地されてない出力の２つの出力を有して
いるRF電源と、２つのターミナルを有するキャパシタであって、２つのキャパシタターミナルの
一方が電気的アースに接続し、キャパシタターミナルの他方が接地されない、前
記キャパシタと、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルと、を備え、該誘導コイルが対で一緒に接続することにより、各対が該誘導コイルのうちの２
つから成り、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対のコイルの一方の第２のコイル端部がキャパシタの接地されてないターミナル
に接続し、対のコイルの他方の第２のコイル端部がRF電源の接地されてない出力に接続する
ようになり、キャパシタが全てのコイル対のそれぞれの第１のコイルを並列に接続することに
よって提供されるインダクタンスで、RF電源の周波数で共鳴するキャパシタンス
値を有するプラズマチャンバ。
【請求項５０】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャとそれぞれ電気的に接地される出力及び接地されてない出力の２つの出力を有して
いるRF電源と、２つのターミナルを有するキャパシタであって、２つのキャパシタターミナルの
一方が電気的アースに接続し、キャパシタターミナルの他方が接地されない、前
記キャパシタと、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルと、を備え、前記誘導コイルの数が、整数Ｎに２を乗じた数であり、該誘導コイルがＮ個の対で一緒に接続することにより、各対が該誘導コイルのう
ちの２つから成り、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対のコイルの一方の第２のコイル端部がキャパシタの接地されてないターミナル
に接続し、対のコイルの他方の第２のコイル端部がRF電源の接地されてない出力に接続し、
キャパシタは、キャパシタンス値によって増加させられる整数Nに略等しいキャパシタンス値を有し、このキャパシタンス値は、N個のコイル対のうちの１の第１のコイルのインダクタンスで、RF電源の周波数で共鳴するプラズマチャンバ。
【請求項５１】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと電気的アースに関して平衡を保つ第１の出力及び第２の出力を有しているRF電源
と、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルの対とを備え、該対のそれぞれが２つの誘導コイルを有し、該コイルのそれぞれが内部より近い
第１の端部と内部から遠い第２の端部とを有し、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対の２つのコ
イルのそれぞれの第２のコイル端部が第１の電源出力及び第２の電源出力に接続
するようになるプラズマチャンバ。
【請求項５２】半導体を製造するためのプラズマチャンバであって、内部の容量をシールし、前記内部に真空を維持するエンクロージャと、電気的アースに関してフロートである第１の出力及び第２の出力を有するRF電源
と、前記領域内にプラズマに電磁電力を結合するために電源に接続し内部の領域に隣
接して装着される多数の誘導コイルの対とを備え、該対のそれぞれが２つの誘導コイルを有し、該コイルのそれぞれが内部より近い
第１の端部と内部から遠い第２の端部とを有し、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対の２つのコ
イルのそれぞれの第２のコイル端部が第１の電源出力及び第２の電源出力に接続
するようになるプラズマチャンバ。
【請求項５３】一対の誘導コイルをRF電源に結合するための回路であって
、２つの出力を有し、出力の一方は電気的アースに接続し、他方は接地されない、
RF電源と、入力及び出力を有しているインピーダンス整合ネットワークであって、整合ネッ
トワークの入力は、電源の接地されてない出力に接続される、前記インピーダン
ス整合ネットワークと、それぞれが第１の端部及び第２の端部を有する第１の誘導コイルと第２の誘導コ
イルであって、第１のコイルの第１の端部が第２のコイルの第１の端部に接続し
、及び、第１のコイルの第２の端部がインピーダンス整合ネットワークの出力に
接続する、該第１の誘導コイルと該第２の誘導コイルと、第２のコイルの電気的
アースと第２の端部の間に接続するキャパシタであって、該キャパシタがRF電源
の周波数で、第２のコイルで共鳴するキャパシタンス値を有する、該キャパシタ
とを備える回路。
【請求項５４】 RF電源に複数の誘導コイルを結合するための回路であって
、２つの出力を有しているRF電源であって、出力の一方は電気的アースに接続され
、出力の他方は接地されてない、該RF電源と、入力及び出力を有しているインピーダンス整合ネットワークであって、整合ネッ
トワークの入力は、電源の接地されてない出力に接続される、該インピーダンス
整合ネットワークと、２つのターミナルを有しているキャパシタであって、キャパシタターミナルの一方は電気的アースに接続し、キャパシタターミナルの
他方は接地されない、該キャパシタと、複数の誘導コイルであって、該コイルの
それぞれは、第１の端部及び第２の端部を有し、前記誘導コイルの数が、整数Ｎに２を乗じた数であり、該誘導コイルがＮ個の対で一緒に接続することにより、各対が該誘導コイルのう
ちの２つから成り、また誘導コイルの各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部が一緒に接続し、対のコイルの一方の第２のコイル端部がキャパシタの接地されてないターミナル
に接続し、対のコイルの他方の第２のコイル端部がRF電源の接地されてない出力に接続し、
キャパシタは、キャパシタンス値によって増加させられる整数Nに略等しいキャパシタンス値を有し、このキャパシタンス値は、N個のコイル対のうちの１の第１のコイルとRF電源の周波数で共鳴するプラズマチャンバ。
【請求項５５】真空チャンバ内のプラズマへ電力を誘導結合する方法であ
って、真空チャンバの内部の領域に隣接して複数のくさび形の誘導コイルを装着する
ステップであって、円形の横断面を有する幾何学面に対して該コイルのそれぞれが配置されるよう、
該コイルが装着されることにより、該コイルのそれぞれ軸の端部が幾何学の面に
隣接して配置されるようになり、該コイルは、幾何学面に対して方位角方向に等
しい間隔で配置され、任意の２つの隣接し合うコイルの隣辺は、幾何学面の円形
横断面の半径と略平行である、前記装着のステップと、該コイルが磁界を発生す
るよう、交流電流を該コイルに供給するステップとを有する方法。
【請求項５６】電流を供給する前記ステップが更に、任意の２つの隣接した誘導コイルがそれぞれ、反対の極性の磁界を発生するよう
、それぞれの誘導コイルに前記電流をそれぞれの極性で供給する工程を有する請
求項５５に記載の方法。
【請求項５７】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接
し合うコイルの一方を時計まわりに巻き、前記２つの隣接し合うコイルの他方を
反時計まわりに巻くステップを更に有する請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】電流を供給する前記ステップが更に、該コイルのそれぞれを同方向に巻く工程と、２つの電源出力の間に前記交流を供給する工程と、供給された前記２つの隣接し
合うコイルを電流が反対の方向に流れるように、２つの電源出力に任意の２つの
隣接し合うコイルを反対の極性で接続する工程とを更に有する請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】該幾何学面が、チャンバの円形の誘電体壁の表面である請
求項５５に記載の方法。
【請求項６０】チャンバ内の誘導コイルから離れた位置に半導体ワークピ
ースを保持するステップを更に備え、誘導コイルを装着する前記ステップが、コイルによって発生される磁界の強度
が、ワークピース位置においては、コイルにより近いプラズマチャンバ内の別の
配置に比べて少なくとも１０倍小さくなるよう、コイルとワークピース配置の間
の距離に比べて十分小さい方位角方向のギャップにより方位角方向に隣接し合う
誘導コイルを隔てる工程を更に有する請求項５５に記載の方法。
【請求項６１】 .真空チャンバ内のプラズマに電力を誘導結合する方法であって、真空チャンバの内側にあり中央軸を有する略平坦な円形のワークピース領域で、
半導体ワークピースを保持するステップと、真空チャンバの内部の領域に隣接して複数のくさび形の誘導コイルを装着するス
テップであって、該コイルのそれぞれは、前記中央軸と略平行であるそれぞれの軸に巻かれ、該コイルは、前記中央軸のまわりで方位角方向に等しく間隔をあけられ、該コイルのそれぞれは、あらゆる２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの
隣接し合うコイルのそれぞれの隣辺が円形のワークピース領域の半径と略平行で
あるよう、くさび形の横断面を有する、前記装着のステップと、コイルが磁界を
発生するように交流電流をコイルに供給するステップとを有する方法。
【請求項６２】誘導コイルを装着するステップが更に、コイルの軸の端部がワークピース領域を向くように、誘導コイルのそれぞれを指
向する工程と、ワークピース領域に平行である平面の中に、誘導コイルの全ての
それぞれの軸の端部が配置されるように、誘導コイルを装着する工程とを有する請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】電流を供給するステップが更に、任意の２つの隣接した誘導コイルそれぞれ反対の極性の磁界を発生するよう、
それぞれの極性でそれぞれの誘導コイルに前記電流を供給する工程を有する請求
項６１に記載の方法。
【請求項６４】任意の２つの隣接し合うコイルに対して、前記２つの隣接
し合うコイルの一方を時計まわりに巻き、前記２つの隣接し合うコイルの他方を
反時計まわりに巻くステップを更に有する請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】電流を供給するステップが更に、該コイルのそれぞれを同方向に巻く工程と、２つの電源出力の間に前記交流を供給する工程と、供給された電流が反対の方向で前記２つの隣接し合うコイルを流れるように、反
対の極性で電源出力に任意の２つの隣接し合うコイルを接続する工程とを有する請求項６１に記載の方法。
【請求項６６】誘導コイルを装着するステップが更に、コイルによって発生される磁界の強度が、ワークピース位置においては、コイル
により近いプラズマチャンバ内の別の配置に比べて少なくとも１０倍小さくなる
よう、コイルとワークピース配置の間の距離に比べて十分小さい方位角方向のギ
ャップにより方位角方向に隣接し合う誘導コイルを隔てる工程を更に有する請求
項６１に記載の方法。
【請求項６７】巻軸を有する付加的な誘導コイルを提供するステップと、
巻軸がワークピース領域の中央軸と一致するように、該付加的な誘導コイルを装
着するステップと、付加コイルへの磁界を発生するために交流電流を供給するス
テップとを更に有する請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】真空チャンバ内のプラズマにRF電力を誘導結合する方法で
あって、それぞれがそのコイルが巻かれる縦の軸を有する、複数の誘導コイルを提供する
ステップと、真空チャンバの内部の領域に隣接して方形の行列で誘導コイルを配置するステッ
プであって、該コイルのそれぞれが幾何学面に隣接して配置される軸の端部を有するように、
該コイルが配置され、該コイルの縦の軸が、幾何学面に対して垂直に配置され、任意の２つの隣接し合うコイルのそれぞれの周囲の間の横方向ギャップが、任意
の２つの隣接し合うコイルに対して同じである第１の予め定められた距離に等し
いように、コイルはお互いから離れて間隔をあけられる、前記配置のステップと
、コイルが前記内部の部分の中に磁界を発生するよう誘導コイルに電力を供給す
るためにRF電源を接続するステップであって、任意の２つの隣接した誘導コイル
が反対の極性でそれぞれの磁界を発生するように、RF電源は、それぞれの誘導コ
イルにそれぞれの極性で接続される、前記接続のステップとを有する方法。
【請求項６９】円形の横断面を有する前記コイルを提供するステップを更
に有する請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】方形の横断面を有する前記コイルを提供するステップを更
に有し、及び前記配置のステップが更に、隣接し合うコイルの隣辺が平行である
ように、前記コイルを配置する工程を有する請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】半導体ワークピースを幾何学面に平行に保持するステップ
を更に有する請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】誘導コイルから距離をおくチャンバ内の位置で半導体ワー
クピースを保持するステップを更に有し、コイルによって発生される任意の磁界の強度について、ワークピースの位置にお
いては、プラズマチャンバ内のコイルにより近い他の位置におけるよりも少なく
とも１０倍小さくなるよう、第１の予め定められた距離は、コイルとワークピー
ス位置の間の距離と比較して十分に小さい請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】半導体ワークピースを幾何学面に平行に保持するステップ
を更に有する請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】実質的に１より大きな透磁率を有する磁気コアを各誘導コ
イルに装着するステップを更に有する請求項６８に記載の方法。
【請求項７５】真空チャンバ内のプラズマに電力を誘導結合する方法であ
って、２つの電源出力間にRF電気信号を供給するステップと、各コイルが、前記領域に近い第１の端部と遠い第２の端部とをそれぞれ有するよ
うに、真空チャンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着するステッ
プと、前記コイルの第１の端部が電気的アースに対して前記コイルの第２の端部
より実質的に低いRF電圧となるよう、２つの電源出力を各コイルに接続するステ
ップとを有する方法。
【請求項７６】真空チャンバ内のプラズマへの電力を誘導結合する方法で
あって、電気的に接地された出力と接地されてない出力の２つの電源出力の間にRF電気信
号を供給するステップと、各コイルが、前記領域に近い第１の端部と遠い第２の端部とをそれぞれ有するよ
うに、真空チャンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着するステッ
プと、電気的アースに各コイルの第１の端部を接続するステップと、接地されてない電
源出力に各コイルの第２の端部を接続するステップとを有する方法。
【請求項７７】真空チャンバ内のプラズマへの電力を誘導結合する方法で
あって、電気的に接地された出力と接地されてない出力の２つの電源出力の間にRF電気信
号を供給するステップと、それぞれのコイルが前記領域に近い第１の端部と遠い第２の端部とをそれぞれ有
するように、真空チャンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着する
ステップと、第１のターミナルと第２のターミナルを有するキャパシタを提供するステップと
、電気的アースにキャパシタの第１のターミナルを接続するステップと、各対が誘
導コイルのうちの２つから成るよう、誘導コイルを対で接続するステップであっ
て、該接続のステップは各対について、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部を接続するステップと、対のコイルの一方の第２のコイル端部をキャパシタの第２のターミナルに接続す
るステップと、対のコイルの他方の第２のコイル端部を接地されてない電源出力に接続するステ
ップと、を有する前記接続のステップとを有し、キャパシタは、全てのコイル対のそれぞれの第１のコイルに並列に接続
することによって提供されるインダクタンスで、RF信号の周波数で共鳴するキャ
パシタンス値を有する方法。
【請求項７８】真空チャンバ内のプラズマへの電力を誘導結合する方法で
あって、電気的に接地された出力と接地されてない出力の２つの電源出力の間にRF電気信
号を供給するステップと第１のターミナルと第２のターミナルを有するキャパシタを提供するステップと
、電気的アースにキャパシタの第１のターミナルを接続するステップと、各コイルが、前記領域に近い第１の端部と遠い第２の端部とをそれぞれ有するよ
うに、真空チャンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着するステッ
プであって、前記誘導コイルの数が整数Ｎの２倍である、前記装着のステップと
、各対が誘導コイルのうちの２から成るよう、Ｎ個の対で誘導コイルを接続するス
テップであって、該接続のステップは各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部を一緒に接続するステップと、
キャパシタの第２のターミナルに対のコイルの一方の第２のコイル端部を接続す
るステップと、接地されてない電源出力に対のコイルの他方の第２のコイル端部を接続するステ
ップと、を有する前記接続のステップとを有し、キャパシタが、Ｎ個のコイル対のうちの１の第１のコイルのインダクタンスでRF
信号の周波数で共鳴するだろうキャパシタンス値に整数Ｎを乗じた値に等しいキ
ャパシタンス値を有する方法。
【請求項７９】真空チャンバ内のプラズマへの電力を誘導結合する方法で
あって、電気的アースに対して均衡を保たれる第１の電源出力及び第２の電源出力の間に
RF電気信号を供給するステップと、各コイルが前記領域に近い第１の端部と遠い第２の端部を有するように真空チャ
ンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着するステップと、各対が誘導コイルのうちの２つから成るよう、誘導コイルを対で接続するステッ
プとを有し、該接続のステップは各対について、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部を一緒に接続するステップと、
第１の電源出力と第２の電源出力に対の２つのコイルのそれぞれの第２のコイル
端部を接続するステップとを有する方法。
【請求項８０】真空チャンバ内のプラズマへの電力を誘導結合する方法で
あって、電気的アースに関して浮動である第１の電源出力と第２の電源出力の間にRF電気
信号を供給するステップと、各コイルがそれぞれ前記領域により近い第１の端部と遠い第２の端部を有するよ
うに、真空チャンバの内部の領域に隣接して多数の誘導コイルを装着するステッ
プと、及び対の中に一緒に各対が誘導コイルのうちの２から成るよう、誘導コイルを対に接続するステップ
とを有し、該接続のステップは各対に対して、対の２つのコイルのそれぞれの第１のコイル端部を一緒に接続するステップと、
第１の電源出力と第２の電源出力に対の２つのコイルのそれぞれの第２のコイル
端部を接続するステップとを有する方法。
【請求項８１】 RF電源に一対の誘導コイルを結合する方法であって、それぞれ電気的に接地される出力と接地されてない出力の２つの電源出力の間に
RF電気信号を供給するステップと、入力と出力を有するインピーダンス整合ネットワークを提供するステップと、接地されてない電源出力に整合ネットワークの入力を接続するステップと、それぞれが第１の端部及び第２の端部を有する第１の誘導コイルと第２の誘導コ
イルを提供するステップと、第２のコイルの第１の端部に第１のコイルの第１の端部を接続し、インピーダン
ス整合ネットワークの出力に第１のコイルの第２の端部を接続するステップと、
RF信号の周波数で、第２のコイルで共鳴するキャパシタンス値を有するキャパシ
タを提供するステップと、第２のコイルの電気的アースと第２の端部の間でキャ
パシタを接続するステップとを有する方法。
【請求項８２】 RF電源に一対の誘導コイルを結合する方法であって、それぞれ電気的に接地される出力と接地されてない出力の２つの電源出力の間に
RF電気信号を供給するステップと、入力及び出力を有するインピーダンス整合ネットワークを提供するステップと、
接地されてない電源出力に整合ネットワークの入力を接続するステップと、第１の端部と第２の端部を有する、整数Ｎに２を乗じた数の複数の誘導コイルを
提供するステップと、各対が第１の誘導コイルと第２の誘導コイルから成るよう、Ｎ個の対で誘導コイ
ルを接続するステップであって、該接続のステップは、誘導コイルの各対に対し
て、対の第２のコイルの第１の端部に対の第１のコイルの第１の端部を接続するステ
ップと、インピーダンス整合ネットワークの出力に対の第１のコイルの第２の端部を接続
するステップとを有する接続のステップと、Ｎ個のコイル対のうちの１の第１のコイルについてRF信号の周波数で共鳴するキ
ャパシタンス値に整数Ｎを乗じたものに等しいキャパシタンス値を有しているキ
ャパシタを提供するステップと、電気的アースと各対の第２のコイルの第２の端
部の間にキャパシタを接続するステップと、を有する方法。