JP2002508883A - プラズマ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマ加工装置は、しばしば、電源から電力供給されるアンテナを有する。本発明においては、電源が通常の整合回路（１０）に電力供給し、整合回路（１０）は変圧器（１２）の一次巻き線（１１）に接続されている。アンテナ（１５）は変圧器（１２）の二次巻き線（１３）の両端に接続してあり、二次巻き線（１３）には、（１６）での接地のためにタップが付けられている。このことにより、アンテナ（１５）の中点付近に仮想接地（１７）が実現され、アンテナの長さ方向に沿う、プラズマへの供給電力の変動が有意に減少する。

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマ加工装置 本発明は、プラズマ加工装置と、イオンがプラズマ発生源から引き出される装 置とに関する。プラズマ加工装置は、半導体デバイスの製造、および被覆の付着 または表面のエッチングが必要な他の多くの工程において、広く使用されている 。特にこれらの工程が生産規模で実施される場合、バッチ間の均一性が非常に重 要になる。 一般に、この場合のプラズマは、真空室内で生成され、また、好ましくは、プ ラズマ発生装置は、真空室の外または保護壁内に配置され、高周波電力が加えら れるときにプラズマ電位に対する外乱が小さくなるようにされる。高周波電力が プラズマと誘導結合される場合、この目的に使用されるアンテナは、真空室内に 配置されて誘電体材料で包囲されるか、または誘電体材料で作られた壁部分に隣 接する真空室外部に配置される。この場合、事実上アンテナが変成器の一次側を 形成し、二次側は、発生源内のプラズマということになる。 プラズマ発生源には、一つまたは複数のアンテナを使用することができ、アン テナが発生源の外部に配置されている場合、それぞれのアンテナは側面または頂 部の誘電体部分に隣接させて配置することができる。単一のアンテナは発生源の 頂部にある平坦らせんの形、または発生源の側面に巻かれた複数巻きコイルの形 、または発生源の頂部もしくは側面に隣接配置された一回巻きコイルの形、また はここでは挙げない他の形状とすることができる。発生源の誘電体部分は、凹入 部とし、その輪郭の内部にアンテナが配置されるようにすることができる。複数 のアンテナを使用する場合、それらは、発生源の別々の誘電体部分に隣接させて 配置することができ、または別々に巻いてあるが同一の誘電体部分に隣接するよ うに配置することができる。 大部分の誘導結合プラズマシステムの場合、アンテナは、各アンテナの一端ま たは終端が接地され、他端がインピーダンス整合ユニットの出力に接続されるよ うに、駆動される。これは、一般に、高密度プラズマの生成に非常に有効な方法 であるが、アンテナの駆動端または終端に高いＲＦ電圧が加わるという欠点があ る。このことにより、アンテナの駆動端付近ではＲＦ電力とプラズマとの容量結 合が生じ、電圧と容量結合との大きさがアンテナの接地端に向かって次第に減少 する。電力の誘導結合はアンテナに沿って事実上一定であり、したがってアンテ ナに沿う位置の関数としての、電力とプラズマとの結合の合計（誘導＋容量）が 一定にならない。そのため、空間的に不均一なプラズマが生成される可能性があ り、したがってプラズマ加工用途において均一性の低下がもたらされる可能性が ある。市販のプラズマ加工システムにおいては、容量結合部分を小さくし、した がってこの有意の不均一性を一部克服する方法が採用されている。たとえば、ア ンテナと誘電体窓との間の接地静電シールドを、電力のプラズマとの有効な誘導 結合を可能にする適当なスロットとともに使用するものがある。これは、たとえ ば、Ｐｒｏｔｏｔｅｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．が使用している。 一つの側面において、本発明は、一つの室、プラズマ誘起のための一つのアン テナ、該アンテナに該アンテナの終端から電力を供給するための一つの交流供給 手段、から成るプラズマ加工装置であって、前記電力供給手段がアンテナの両終 端において実質的に１８０°位相のずれた入力を与えることを特徴とする、プラ ズマ加工装置である。 前記電力供給手段は、電源と該電源によって電力供給される変圧器とを有する ことができ、また前記アンテナは、前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の 両端に接続することができ、本発明は、さらに、前記二次巻き線のタップが、前 記アンテナがその両端の中間で事実上接地されるように接地されることを特徴と する。 中央にタップを付けた二次巻き線と一回巻きコイルアンテナとの場合、このア ンテナは事実上または仮想的にその中央点で接地され、地面に対する、コイルの 各端での電圧の大きさは、通常のコイルアンテナの駆動端の電圧に比して、事実 上半分にすることができる。プラズマの空間的均一性が改善され、したがって半 導体ウェーハその他の加工物の処理における空間的均一性の改良がもたらされる 。プラズマの空間的均一性の向上に加えて、変圧器の一次および二次巻き線の相 対巻き数を適当に選択することにより、ある程度の、プラズマとＲＦ電源との間 のインピーダンス整合を得ることができる。 本発明は、一回巻きコイルアンテナの場合にもっとも便利に使用され、かつ理 解されるが、前記の他のコイル構成および複数アンテナも使用することができる 。容易にわかるように、もっと複雑な形状たとえばらせん形を有するコイルの場 合、タップを付ける点は、コイルのずれた‘接地’を実現するために、ずらすこ とができるが、必要な接地点はアンテナの両終端間の大体中ほどにある。正しい 点は、アンテナの終端の電圧の大きさを実質的に最小にするために、タップ点を 調節することによって、実験的に決定することができる。 アンテナの両終端での実質的に１８０°位相のずれた電力入力を実現する別の 方法を使用することができ、場合によってはより有利でありうる。たとえば、電 力供給手段は、アンテナのそれぞれの入力に接続された別々の電源を有すること ができ、これらの電源は、位相保持ループで結合して一つの電源の他の電源に対 する位相ずれを維持するようにすることができる。この構成は、大きな電力が必 要な場合に特に有効であり、広い周波数範囲にわたって動作させることができる 。好ましくは、それぞれの整合回路は、電源とそれに属するそれぞれのアンテナ 終端との間に置かれる。 一つの代替実施態様においては、電力供給手段は、一つの電源、一つの変圧器 、および一つの整合回路を有することができ、アンテナは、両終端の中間で接地 することができる。１８０°位相のずれた入力を実現するために、前述の事実上 のまたは仮想的接地の場合とまったく同様に、アンテナの両終端の中間点または その近くで接地する必要がある。 もう一つの代替実施態様の場合、電力供給手段は、プラズマとインピータンス を電源の出力インピーダンスに整合させるための可変整合回路を有することがで き、これによって、この構成における実質的に１８０°の位相ずれ入力が実現さ れる。 さらにもう一つの側面においては、本発明は、一つの室、プラズマを誘起する ための一つのアンテナ、および電力供給手段を有するプラズマ加工装置であって 、前記電力供給手段が前記アンテナの両終端の中間で仮想的または事実上の接地 を誘起することを特徴とするプラズマ加工装置から成る。 さらにもう一つの側面においては、本発明は、一つの室、該室内にプラズマを 誘起するための一つのアンテナ、および該アンテナに電力供給するための交流供 給手段から成るプラズマ加工装置であって、前記電力供給手段が電源と該電源に よって電力供給される変圧器とを有し、また前記アンテナが前記変圧器の二次巻 き線の少なくとも一部の両端に接続され、前記二次巻き線のタップが、前記アン テナが事実上該アンテナの両終端の中間において接地されるように、接地される ことを特徴とするプラズマ加工装置から成る。 本発明はいろいろなやり方で実施することができる。以下、本発明の特定実施 態様を、添付の図面を参照しつつ、例として説明する。 図１は、一回巻きアンテナへの電力供給を示す模式回路図である。 図２は、図１の構成を使用した場合の、エッチ速度の標準偏差を平均エッチ速 度の百分率で示すグラフである。 図３は、本明細書の前置きで述べた従来の装置の場合の、図２と同様のグラフ である。 図４、５、および６は、それぞれ、アンテナに対すろ電力供給手段の代替構成 の回路図である。 図７は、アンテナの使用法を示すプラズマ加工装置の模式図である。 図１に示す実施態様の場合、通常の整合回路１０が電源から変圧器１２の一次 巻き線１１に電力を供給する。変圧器１２は管状のフェライトコア１４に巻かれ た一次巻き線１１と二次巻き線１３とから成る。各巻き線１１、１３は、導線表 面積を大きくし、したがってＲＦ周波数における電流輸送能力を高めるためにい くつかの独立導線から成っている。アンテナ１５はその終端１５ａ、ｂが巻き線 １３の両端に接続してあり、巻き線１５は、タップにより、１６で接地されてい る。これにより、１７における仮想接地が実現される。アンテナ１５の終端１５ ａ、１５ｂにおける電圧は互いに１８０°位相がずれているからである。 この平衡電力供給変圧器システムを１３．５６ＭＨｚの周波数で動作させるこ とにより、結果を得たが、それは、より低いまたは高いＲＦ周波数でこのシステ ムを使用することを排除するものではない。前記タイプの変圧器を用いたイオン 促進エッチングで得られた実験結果を、図２に示す。このデータはエッチ速度の 標準偏差を、平均エッチ速度に対する百分率で示す。どちらも、加工物の中心か らの距離の関数として、原点からその点まで計算した。比較のために、一端で接 地された従来のコイルアンテナの場合に得られた結果を、図３に示す。平衡電力 供給構成を用いて得られた結果には、加工の空間的均一性に有意の改善が見られ る。 変圧器コアにおける損失および巻き線の抵抗損のため、この変圧器の存在によ り、エッチ速度の絶対値が、この変圧器を使用しない場合に比して、一般にわず かに小さくなる。しかし、これには、ＲＦ電源からの電力を増大させることによ って対抗することができ、改善された加工均一性と引き換えに許容できる損失で あると考えられる。 図４において、電力供給手段１８は一対の並列電源１９、２０から成る。この 二つの電源は、位相保持ループ２１によって相互接続されており、またそれぞれ のアンテナ終端１５ａおよび１５ｂに電力供給するために、結合されたそれぞれ の整合回路２２、２３を備えている。位相保持回路２１は、電源１９および２０ の出力を１８０°位相がずれた状態に保ち、したがって１５ａおよび１５ｂにお ける電圧も１８０°位相がずれ、アンテナ１５の中点が１７で事実上接地される という結果が得られるように構成されている。この構成は、大きな電力が必要な 場合、また高い周波数が必要な場合に、特に適当である。 図５において、電力供給手段１８は、変圧器２５に電力を供給する単一の電源 ２４から成り、変圧器２５は整合回路２６したがって終端１５ａ、１５ｂに接続 されている。アンテナ１５の中点は２７において接地してあり、したがって効果 的に終端１５ａ、１５ｂに前述のような位相ずれを強制する。 図６において、電力供給装置１８は電源２８および可変容量整合回路２９から 成る。この構成の場合、整合回路２９の可変コンデンサーのキャパシタンスを変 えることにより、終端１５ａおよび１５ｂの入力の位相が約１８０°ずれるよう に構成することが可能である。この構成の場合、変圧器が存在しないので、電力 損失は図１および５の構成の場合に比して小さいが、この回路はやや不安定であ りうるため、仮想接地が中点１７のまわりに揺れ動くことがありうる。装置によ っては、これが有利なこともある。 前述の電源は通常ＲＦ電源であり、また注意すべきことは、変圧器は図面に示 す簡単な一次／二次構成ではなくバランその他の適当な変圧器とすることができ るということである。 図７はアンテナ１５が使用できるタイプのプラズマ加工装置３０を模式的に示 す。この装置は、反応室３１、加工物支持体３２、ガス流入口３３、およびガス 流出口３４を有する。アンテナ１５は環状の誘電体カップ３５内に配置してある 。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 室、プラズマ誘起のためのアンテナ、および該アンテナに該アンテナの終 端から電力を供給するための交流供給手段、から成るプラズマ加工装置で あって、前記電力供給手段が前記アンテナの両終端において実質的に１８ ０°位相のずれた入力を与えることを特徴とする、プラズマ加工装置。 ２． 前記電力供給手段が、電源と該電源によって電力供給される変圧器とを有 し、また前記アンテナが、前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の両 端に接続されており、前記二次巻き線のタップが、前記アンテナがその両 終端の中間で事実上接地されるように接地されることを特徴とする、請求 項１記載の装置。 ３． 前記電力供給手段が、前記アンテナのそれぞれの入力に接続された別々の 電源を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。 ４． 前記電源が、位相保持ループで結合され、電源の他の電源に対する位相ず れが維持されるようになっていることを特徴とする、請求項３記載の装置 。 ５． それぞれの整合回路が、電源とそれに属するそれぞれのアンテナ終端との 間に置かれることを特徴とする、請求項３または４記載の装置。 ６． 前記電力供給手段が、電源、変圧器、および整合回路を有し、前記アンテ ナが両端の中間で接地されることを特徴とする、請求項１記載の装置。 ７． 電力供給手段が、プラズマのインピータンスを電源の出力インピーダンス に整合させるための可変整合回路を有し、それによって、実質的に１８０ °の位相ずれ入力が実現されることを特徴とする、請求項１記載の装置。 ８． 室、プラズマを誘起するためのアンテナ、および交流電力供給手段を有す るプラズマ加工装置であって、前記電力供給手段が前記アンテナの両終端 の中間で仮想的または事実上の接地を誘起することを特徴とするプラズマ 加工装置。 ９． 室、該室内にプラズマを誘起するためのアンテナ、および該アンテナに電 力供給するための交流供給手段から成るプラズマ加工装置であって、前記 電力供給手段が電源と該電源によって電力供給される変圧器とを有し、ま た前記アンテナが前記変圧器の二次巻き線の少なくとも一部の両端に接続 され、前記二次巻き線のタップが、前記アンテナが該アンテナの両終端の 中間において事実上接地されるように、接地されることを特徴とするプラ ズマ加工装置。 １０． 前記アンテナがその両終端の中点またはその近傍で事実上接地されるこ とを特徴とする、請求項１から９の中のいずれか１つに記載の装置。