JP2002540617A - 誘導結合プラズマのプラズマ分布および性能を改善する装置 - Google Patents
誘導結合プラズマのプラズマ分布および性能を改善する装置Info
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Abstract
Description
によって発生かつ維持されるプラズマ内の分布およびプロセス性能の改善に関す
る。
CVD)、およびプラズマ・スパッタ堆積の用途を含めた様々な集積回路(IC
)製造プロセスで広く使用されている。一般にプラズマは、低圧プロセス・ガス
をチャンバに導入し、次いで電気エネルギーをチャンバに導いてそこに電界を生
成することによって、プロセス・チャンバ内で発生される。電界はチャンバ内で
電子流を生成し、個々の電子−ガス分子衝突を介して運動エネルギーを伝達する
ことによって、個々のガス原子およびガス分子をイオン化する。電子は電界内で
加速されて、効率的にイオン化を起こす。イオン化されたガスおよび自由電子の
粒子は、集合的にガス・プラズマまたは放電と称されるものを形成する。プラズ
マは、10-6から完全にイオン化されたプラズマまで様々なイオン化レベルで存
在することができる(粒子の全数に対するイオン化粒子の割合に基づく)。
ングするためや、このような基板上に材料の層を堆積するために使用される。エ
ッチング・プロセス内では基板が負にバイアスされ、そのため正のプラズマ粒子
が基板表面に引き付けられて表面に衝撃を与え、このようにして表面粒子を除去
したり、基板をエッチングしたりすることができる。スパッタ堆積プロセスでは
、ターゲットをチャンバ内で基板に対向させて配置することができる。次いでタ
ーゲットがバイアスされ、そのためプラズマ粒子がターゲットに衝撃を与え、タ
ーゲット粒子をそこから移動または「スパッタ」する。次いでスパッタされたタ
ーゲット粒子が基板上に堆積して、その露出した表面上に材料の層を形成する。
プラズマCVDプロセスでは、電気的に中性で活性なラジカルが露出表面に堆積
層を形成する。
がある。たとえば、一対の対向する電極を、エネルギーがプラズマに容量結合す
るようにチャンバ内で配向することもある。超高周波のマイクロ波領域を使用す
るマイクロ波共鳴チャンバもまた使用されることがある。一方、電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)装置は、制御された磁界をマイクロ波エネルギーと共に使用
してプロセス・ガス内に円形の電子流を発生させ、プラズマを生成かつ維持する
。誘導結合プロセスもまた普及しており、特に高密度プラズマを発生できること
から望ましい。誘導結合プラズマ(ICP)は、一般にプロセス・チャンバに関
連付けて配置された形状コイルまたはアンテナを使用して、エネルギーをプロセ
ス・チャンバに誘導結合し、このようにしてそこでプラズマを生成かつ維持する
。
コイルまたはアンテナをチャンバの上部部分に近接して配置し、チャンバ内でプ
ラズマを生成する。さらに具体的には、アンテナをプロセス・チャンバの上部に
ある誘電体プレートまたはウィンドウの片面に配置し、アンテナからの電気エネ
ルギーは、誘電体ウィンドウを介してプラズマに結合される。このような設計の
1つが、本願と共通に所有される米国特許第5,556,521号に示されてい
る。
の側壁部分の外側を取り巻き、チャンバの上部を介するのではなく、チャンバ側
壁を介してエネルギーをプラズマに誘導結合する。このようなシステムでは、チ
ャンバ側壁のうち一部が、誘導結合されたエネルギーが通り抜けられる誘電体材
料で製作される。ウィンドウまたはチャンバ側壁に適した誘電体材料の1つは石
英である。特定のICPの細部、すなわちプラズマの均一性、RFマッチング、
およびアンテナまたは他の誘導性要素の性能特性などを対象とする様々な発行済
み特許によって明らかなように、様々なICPシステムが周知であり、当技術分
野で使用されている。
板の面積にわたって加工均一性を決定する上で重要な要素である。今日のプロセ
スにとっては、大きな基板サイズに対応できるように、著しい大面積にわたって
均一な高密度プラズマを発生することが望ましい。たとえば、今日の超高集積回
路(ULSI)の製造は、約200mmの直径を有する大型基板にわたって高密
度で均一なプラズマを必要とする。
または励起することによってプラズマが励起される。プラズマ電子を加熱する誘
導電流は、誘導アンテナまたはコイル内のRF電流によって誘電体ウィンドウま
たは側壁の内側に近接して発生する振動磁界から得られる。これらの磁界の空間
分布は、アンテナまたはコイル導体の各部または各セグメントによって発生する
個々の磁界の合計の関数である。したがって、誘導アンテナまたはコイルの平面
形状がプラズマの空間分布を、特にプロセス・チャンバ内のプラズマ・イオン密
度の空間分布および均一性を有意に決定する。一例として、米国特許第5,66
9,975に開示されているものなどの「S字」形を有するアンテナは、アンテ
ナの中心領域内に著しいイオン密度を確立する。より高いRF電力レベルでは、
アンテナの外側部分もまたプラズマのイオン化に有意に貢献する。このようなア
ンテナを使用するICPシステムの重要な利点はアンテナに送達される電力に対
するシステムの直線性であり、またプロセス・チャンバの半径でもある一方で、
また現行のICPシステムとそこに使用されているアンテナの設計は十分なプラ
ズマ発生をもたらした一方で、このようなシステムはなおも一定の欠点を有する
。
はコイルの寸法を著しく増大しないで大型の基板を扱うための大型サイズにプロ
セス・チャンバをスケールすることは困難である。大きな設置面積を有するIC
Pアンテナは、加工システムに高額な改造を加えることによって収容しなければ
ならない。さらに、大型のアンテナとそれに伴うプラズマは、より大きくチャン
バ内のプロセス・パラメータに左右される。たとえば、エッチングまたは堆積プ
ロセスなどのプラズマ・プロセスは、スパッタ・システム内の基板からターゲッ
トまでの距離、スパッタ・システム内のターゲット材料、プロセス・チャンバ内
の圧力、およびチャンバの高さおよび幅の構成などのプロセス・パラメータに対
してより敏感になる。
分布がチャンバの中心軸に揃わない非対称を呈した。このようなプラズマの非対
称は、プラズマの均一性と、堆積またはエッチング・プロセスの均一性とを劣化
させ、それによってシステム全体の効率に影響を与える。他に、平坦型アンテナ
は、あるプロセスとそれに対応するパラメータ・セットで環状またはドーナツ形
プラズマを呈すことがある一方、他のプロセスとその他のパラメータでは中心に
ピークのあるプラズマを生成することがある。それゆえ、プラズマの形状と均一
性は、このようなICPシステム内では一貫せず、プロセスに依存することにな
る。したがって、IC製造プロセス全体が、あるプラズマ・プロセスと他のプラ
ズマ・プロセスとで一貫しなくなる。
の欠点は、コイルの外側部分がコイルの中心領域によって生成されるプラズマに
端縁で影響し、このようにしてプラズマ内に方位角依存性を与え、基板上でエッ
チングまたは堆積された被膜内に、それに対応する方位角依存性を与えることで
ある。つまり、コイルによって画定されるある平面軸沿いでは、プラズマがコイ
ルの他の平面軸沿いと異なる均一性および密度を有することになる。
ズマが生成されるプラズマ加工システム、特にICPシステムを提供することで
ある。
のサイズおよび形状への依存性が少ない均一なプラズマを提供することである。
である。
維持しながら、200mmウェーハを扱うのに十分な面積などの大面積にわたっ
て均一な高密度プラズマを提供することである。
び/またはチャンバの平面形状もしくはサイズなどのプロセス・パラメータへの
依存性がより少ない、エッチング・プロセスおよび堆積プロセスなどの一貫した
プロセスを提供することである。
明らかになろう。
誘導要素を使用する、プラズマによる基板加工用の加工システムによって対処さ
れる。本発明の原理に従って構成された誘導要素を使用する本明細書記載のシス
テムは、その誘導要素を収容するためにチャンバのサイズを著しく増大する必要
なく、チャンバ内の著しい大面積にわたって均一な高密度プラズマを生成する。
従来技術のプラズマ加工システムでは、プラズマに導入されるエネルギーの増大
によって、誘導要素のサイズならびにそれに対応するプロセス・チャンバのサイ
ズの著しい増大を要したのに対し、本発明はコンパクトな、したがって比較的安
価な加工システムを維持しながら高密度で均一なプラズマを提供する。
ャンバを具備し、プロセス空間内で基板を支持するための基板支持を含む。ガス
入口はプロセス空間にプロセス・ガスを導入し、システムのプラズマ源は、プロ
セス・ガスからプラズマを生成するように動作可能である。プラズマ源は、概ね
平坦な表面を有する誘電体ウィンドウであって、プラズマが生成されるべきプロ
セス空間に近接したプロセス・チャンバとインターフェースする誘電体ウィンド
ウを具備する。誘導要素は、チャンバの外側かつ誘電体ウィンドウに近接して配
置され、誘電体ウィンドウを介してプロセス空間に電気エネルギーを誘導結合し
て、プロセス空間内でプラズマを生成かつ維持するように動作可能である。
図している。本発明の一実施形態では、コイルの長手方向に沿って誘電体ウィン
ドウの片面から連続して配設された複数のコイル・ターンを有するコイルを具備
する。コイル・ターンの少なくとも1つは1次平面内で配向され、他のコイル・
ターンは、1次平面から角度をなす2次平面内で配向される。具体的には、複数
のコイル・ターンが1次平面内で配向され、複数のコイル・ターンもまた1次平
面から角度をなす平面内で配向される。1次平面は、誘電体ウィンドウの平坦面
に概ね平行に配向される。このような方法で、1次平面内のコイル・ターンは、
誘電体ウィンドウに接して水平に横たわる。1次平面から角度をなすコイル・タ
ーンは、誘電体ウィンドウに対してある角度で配設される。一実施形態では、1
次平面に対して角度をなすコイル・ターンは、概ね1次平面に直交して配向され
る。その他の実施形態では、コイル・ターンが1次平面から90度未満の角度を
なす。好ましくは、複数組のコイル・ターンが1次平面内で配向されるのに対し
、1次平面から角度をなすコイル・ターンは、これらの組のコイル・ターンの間
に配置される。このような方法で、均一なプラズマが生成される。誘導要素の一
部のコイル・ターンを誘電体ウィンドウに接して平面な一平面内に維持すること
によって、プラズマの安定性が維持される。平坦な誘電体ウィンドウから角度を
なすコイル・ターンを使用すると、概ね同寸法の概ね平坦なコイルを使用して達
成されるであろうよりも、誘電体ウィンドウに沿ってはるかに多くのコイル・タ
ーンが得られる。つまり、本発明の要素は、プロセス・チャンバのサイズを著し
く増大することを要さないコンパクト設計を使用して高密度で均一なプラズマを
生成する。1次平面内に配向されたコイル・ターンは共面および同心であり、内
部コイル端部および外部コイル端部を画定する。本発明の代替実施形態では、平
坦な誘電体ウィンドウに対して角度をなすコイル・ターンは、誘導要素の構成を
変え、したがってプラズマへの効果を変えるため、内部コイル端部または外部コ
イル端部で1次平面内のコイル・ターンに結合される。
用されるチャンバ側壁部分の周囲を取り巻く螺旋形コイルなどの2次誘導要素を
具備することができる。このような方法で、電気エネルギーは、チャンバの端部
からと、チャンバの側壁からの両方でプラズマに誘導導入される。好ましくは、
1次誘導要素と2次誘導要素を独立してバイアスするため、誘導要素のそれぞれ
が独立した電気エネルギー源に結合される。また、誘導要素のそれぞれとプラズ
マとの間にファラデー・シールドを配置し、プラズマへの電気エネルギーの誘導
結合を高め、容量結合を減少させることが好ましい。
セスおよび堆積プロセスを含む様々な異なるプロセスで使用できる。本発明は、
イオン化物理気相堆積(iPVD)で特に有利であることが発見されている。そ
のために、ターゲット材料を誘電体ウィンドウに近接して配置し、その誘電体ウ
ィンドウに近接した本発明の誘導要素によって発生するプラズマによってスパッ
タされるようにすることもある。
用される誘導要素が複数のコイル・ターンを有するコイルを具備する。しかし、
コイル・ターンが平坦な誘電体ウィンドウに平行な平面内、および平坦な誘電体
ウィンドウから角度をなす他の平面内にあるのではなく、代替誘導要素が、概ね
水平な平面内に間隔をおいて配向されて垂直に積み上げたコイル・ターンを形成
する様々なコイル・ターンの部分を有する。垂直に積み上げたコイル・ターンは
、誘電体ウィンドウに概ね平行に配向される。ここでも、積み上げたコイル・タ
ーンを使用することによって、要素の水平設置面積全体を増大することなく、し
たがって誘導要素の収容に必要なプロセス・チャンバのサイズを増大することな
く、はるかに多数のコイル・ターンを誘導要素内で使用することができる。
で配列され、誘導要素の中心の周囲に円形で配置された複数回反復された導体セ
グメントを具備する。一実施形態では、誘導要素の反復された導体セグメントが
誘導要素の中心から外側へ放射状に伸びるように配設される。他の実施形態では
、反復されたセグメント自体が個々のコイルを形成する。コイルは誘導要素の中
心の周囲に円形で配列され、単なるより大型のコイル要素の連続した個々のター
ンではない。複数回反復された導体セグメントを具備する誘導要素は、単一平面
内の反復されたセグメントとして形成することもできるが、反復された導体セグ
メントの層を具備することもできる。たとえば、誘導要素の反復された導体セグ
メントが第1層を形成することができ、第2層は、第1層内のセグメントと概ね
同一の広がりを有する同様な反復された導体セグメントによって形成することが
できる。反復された導体セグメントはまた、チャンバの端壁部分と側壁部分との
両方からエネルギーをチャンバに結合するために使用されることもある。そのた
めに、反復された導体セグメントは、チャンバ端壁沿いに配向された水平方向セ
グメントと、側壁沿いに配向された垂直方向セグメントとを含む。
との両方から同時にエネルギーをプロセス空間に結合するように動作可能な誘導
要素を使用することができる。そのために、プロセス・チャンバは誘電体材料で
形成された側壁部分と端壁部分とを有する。従来のプロセス・チャンバでは、誘
電体ウィンドウなどの端壁部分が平坦な導体要素と共に使用されることがある。
あるいは従来のプロセス・チャンバは、システムにエネルギーを誘導結合するた
めに螺旋形コイルが側壁の周囲を取り巻き、誘電体材料で形成された側壁を使用
することがある。本発明の原理に従えば、プロセス・チャンバが誘電体材料で形
成された側壁部分と端壁部分とを含む。誘導要素は、チャンバの側壁部分と端壁
部分とを介してエネルギーをプロセス空間に同時に結合するために、チャンバ側
壁部分沿いに配向されたセグメントと、またチャンバ端壁沿いに配向されたセグ
メントとを具備する。そのために、誘導要素は、複数のコイル・ターンを有する
コイルを具備する。コイル・ターンのセグメントはチャンバ端壁部分沿いに配向
され、その他のコイル・ターンのセグメントはチャンバ端壁部分沿い配向される
。コイルは、側壁沿いに配向されるコイル・ターンのセグメントの部分が互いに
角度をなすように構成することができる。たとえば、コイル・ターンの側壁部分
が、コイル・ターンのその他の側壁部分に概ね直交するように配向されることが
ある。あるいは側壁部分が、直交配向に伴う直角ではなく、様々な異なる角度で
配設されることがある。コイルは一般に、1組のターンが概ねチャンバの片面沿
いに配置され、他の組のターンが概ねチャンバの他面沿いに配置されたコイル・
ターンの組を有する。
密度で均一なプラズマを提供する。本発明の1次誘導要素は、イオン化物理気相
堆積などのプラズマ・プロセスをさらに向上させるため、2次誘導要素と共に使
用することができる。本発明を使用して、誘導要素を収容するために必要なチャ
ンバのサイズの高額な増大を要せずに、はるかに大量の電気エネルギーを維持さ
れたプラズマに誘導することができる。本発明のこれらの利点およびその他の利
点は、下記の詳細な説明で述べる。
の実施形態を図示し、下記の本発明の一般説明と共に本発明の原理を説明する働
きをする。
明の原理に従った誘導要素の実施形態の斜視図である。誘導要素10は、電気エ
ネルギーをプロセス・チャンバに誘導結合して、プラズマを点火して維持し、基
板を加工するために使用される。プラズマ加工は、IC製造で広く使用される。
たとえば、本発明のシステムは、スパッタ・エッチングおよび堆積プロセス、プ
ラズマCVD(PECVD)プロセス、イオン化PVD(iPVD)プロセス、
および反応性イオンエッチング・プロセス(RIE)に使用されることがある。
加工システム12を示す。加工システム12は、本明細書に記載する様々な誘導
要素と共に使用するのに適している。空間14内の基板支持17は、加工される
基板18を支持するように構成されている。基板支持17は、より大きなベース
16を伴うことができる。ガス入口20は、プロセス・ガスをプロセス空間14
に導入してプラズマを形成するために、アルゴン・ガス供給源などのプロセス・
ガス供給源22に結合される。基板バイアス電源19は、プラズマ加工の当技術
分野で周知のように、基板支持17および基板18をバイアスする。この加工シ
ステムは、石英またはアルミナなどの誘電材料で形成され、電気エネルギーを要
素10からプロセス空間14に誘導結合するために使用されるウィンドウまたは
上部部分24aをさらに含む。
24aの上部に配置される。この加工システムは、プロセス空間14を囲む側壁
24bおよび24cをさらに含む。側壁24cのうち一部は石英などの誘電材料
で形成されることができるが、もう一方の部分24bは金属で形成される。側壁
24cのうち一部は、下記で詳しく論じるように、電気エネルギーを誘導要素か
ら空間14に誘導結合するために使用されることができる。誘導要素は本明細書
で開示されているいくつかの誘導要素のいずれでもよく、要素10は図1Dに例
示のために使用しているにすぎない。誘導要素10は、周知のICP原理に従い
、誘導要素10をバイアスしてプロセス空間14内に変化するRF磁界を生成し
、そこにプラズマ28を形成するためのRF電源26bなどの電気エネルギー源
に、マッチング・ユニット26aを介して結合されている。マッチング・ユニッ
トは、RF電源26bおよび誘導要素10のインピーダンスを適合させ、様々な
条件下で要素10およびプラズマに最大供給電力を提供するための、通常の当業
者に周知の電気回路である。次いでプラズマ28は、プラズマ加工の通常の当業
者に周知の原理に従って、プラズマ・エッチングまたはスパッタ堆積などによっ
て基板18を加工するために使用される。
24aを介して空間14に結合される。誘電体ウィンドウ24aは概ね平坦であ
り、誘導要素10が接して配向される平坦な表面30を有することになる。当然
ながら平坦でないウィンドウが使用されることもあり、当技術分野で周知の誘電
体ウィンドウに従って、ウィンドウが起伏のある表面またはその他の形状の表面
を有することができる。誘導要素10の構成と、そのプロセス・チャンバ12お
よび誘電体ウィンドウ24aに対する位置は、本発明の原理に従い、プラズマの
形状、密度、均一性に影響を及ぼすことになる。本発明は、そのような誘導要素
によってプロセス・チャンバ内に生成されるプラズマを変えるような特有の設計
を誘導要素に使用することによって、従来技術のプラズマ加工システムの様々な
短所に対処する。
れることがある。図では、上部ファラデー・シールド15が図1Dの誘電体ウィ
ンドウ24aに近接して配置され、チャンバ13の内側と基板18とに向かうよ
うに面してウィンドウの側面に近接して配置されている。下部ファラデー・シー
ルド21は、チャンバ内に配置され、誘電体側壁24cの片面沿いに配向される
ことがある。図では、ファラデー・シールド15と21はどちらもチャンバ13
の内側上に配置されているが、チャンバの外側上に配置することもできる。ファ
ラデー・シールドは、要素10などのいかなる誘導要素と、プラズマが発生する
プロセス空間14との間にも配置される。下部ファラデー・シールド21は、側
壁24c周囲の要素などの2次誘導要素を使用する際に特に有利なことがある(
図8Aから8B参照)。ファラデー・シールドは当技術分野で周知であり、要素
10から誘電体ウィンドウをはさんでプロセス空間に至るエネルギーの誘導結合
の改善を効果的にもたらす。ファラデー・シールドはまた、誘導要素とプラズマ
との間の望ましくない容量結合を減少させる。
に、シールド内に形成された複数の溝穴を含むことになる。シールド15では、
図1Eに図示するように、スロット23がシールドの1端から次へ伸びるように
配列されている。図1Eに示すように、シールド15は金属製のプレートの形態
をなし、そこに形成された複数の概ね水平および平行な溝穴23を有する。シー
ルド21は、そこに概ね垂直な溝穴25を有し、側壁24cの内側を取り巻く円
筒形の形態をなす。しかし、シールド15内の溝穴23などの溝穴は、誘導要素
の形状に応じて他の配向で構成されることもある。たとえば、図6A、6D、ま
たは7Dに示し、下記で詳しく論じるように、溝穴が他の誘導要素内の導体の形
状に従うことがある。
ル・ターン32を有するコイルの形態をなす。「誘導要素」および「アンテナ」
という用語は、本明細書では相互交換的に使用する。誘導要素またはコイルは、
当技術分野で周知の原理により、電気導体で形成される。引き伸ばされた金属線
または金属管などの導体は、本発明の原理に従って構成かつ形作られ、電流が要
素を通過する際にエネルギーをプロセス・チャンバに誘導結合する要素を形成す
る。
れる複数の連続コイル・ターン34aおよび34bを具備する。本発明の原理に
従って誘電体ウィンドウと共に使用される場合は、図1Dに示すように、コイル
・ターンが誘電体ウィンドウ24aの1端からウィンドウのもう1端へ、または
一方の側面から他方の側面へ連続して配設される。つまり、本発明の少なくとも
1つの実施形態のコイル・ターンは、誘電体ウィンドウを横切ってターンが交互
に配列される。コイル・ターン34aなどの要素10のコイル・ターンの少なく
とも1つは、図1Aに破線36によって、また図1Dに類似の参照数字によって
示すように、概ね水平な平面によって画定される1次方向または平面に配向され
る。その他のコイル・ターン34bは、参照数字38(図1A)の概ね垂直な平
面によって示すように、2次方向または2次平面に配向される。本発明の原理に
従って、コイル・ターン34aは、コイル・ターン34bが配向される平面38
などの2次平面から角度をなす平面36などの1次平面に配向される。一実施形
態では、平面36およびコイル・ターン34aが平面38およびコイル・ターン
34bに対して概ね直交する。
ウィンドウの平坦な上面30に概ね平行に配向されるように、誘導要素10が誘
電体ウィンドウ24aの片面に接して配置される。つまり、コイル・ターン34
aおよび要素10のその他の同様に配向されるコイル・ターンは、誘電体ウィン
ドウ24aの平坦な表面30に概ね平行な平面内で配向される。このような配向
では、コイル・ターン34bおよびコイル・ターン34bと同様に配向されるコ
イル・ターンは、図1Dおよび1Eに示すように、垂直面38内に配向され、か
つ同様に配向されるが平面38から横方向に間隔をおいたその他の垂直面内に配
向される。このようにしてコイル・ターン34bは、誘電体ウィンドウの平坦な
表面30に概ね直交して配向される。図1Aの実施形態では、ターン34aのよ
うな複数のコイル・ターンが概ね水平に配向され、かつ互いに概ね共面および同
心である。コイル・ターン34bは水平面36より上で角度をなし、図1Aの実
施形態では、概ね垂直に配向されている。コイル・ターン34bは共面でなく、
間隔をおいた垂直面内にある。間隔をおいた垂直面38は、図1Aおよび1Dに
示すように、互いに概ね平行である。
、平面36内またはそれに概ね平行に配向されるセグメント39を含む。セグメ
ント39は互いに概ね平行であり、コイル・ターン34aのセグメント41に概
ね平行である。要素10の様々なコイル・ターンの組合せセグメント39、41
は、図1Aのカッコ43で示す領域を作り、これによりプラズマ内に有効なイオ
ン化の大領域ができる。有効イオン化領域43は、概ね同様な水平設置面積を有
する完全に平坦なコイルの従来技術で達成され得る領域より大きい。
面でないため、既存のターン34aの外側を囲む追加ターンを要することなく、
これらのターン34bがプラズマのイオン化でセグメント39に貢献できる。理
解できるように、図1Fに示すS字形コイルのような従来技術の水平コイルでは
、各追加セグメント41が、既存のターンの外側周囲に、ターン34aと類似で
他の共面および同心のターン35を必要とするであろう。これらの追加ターン3
5は、コイルの水平設置面積を著しく増大させるであろう。より大きなコイル設
置面積は、順により大きな誘電体ウィンドウ24、およびより大きなチャンバ1
3を要し、これがチャンバおよびシステム全体の全体費用を増加させる。しかし
、要素10のイオン化領域43に貢献する各追加セグメント29は、平面36内
の再外郭のコイル・ターンを取り巻く他のコイルを必要としない。逆に、コイル
・ターン34bは平面36の外側にあり、その水平設置面積ではなく、要素10
の垂直方向の高さを増加させるだけである。したがって、水平断面積の小さいプ
ロセス・チャンバを使用することができる。要素10のコイル・ターンは、図1
A、1B、1D、1Eに概ね半円の形状で示されているが、本発明に従って他の
形状を有することも可能である。
うに、本発明の原理に従った誘導要素は、概ね同様な設置面積を有する従来技術
の平坦な要素で達成し得るよりも大きな有効イオン化領域をプラズマ・プロセス
・チャンバ内に生成する。
デー・シールドとの関係で配置され、そのため、領域43を形成するセグメント
39、41がファラデー・シールドの溝穴に直交するように配向されている。図
1Eに示すように、誘導要素10は、誘電体ウィンドウ24aおよび溝穴付きシ
ールド15より上に配置されている。溝穴23は、領域43内のコイル・ターン
のセグメント39、41に概ね直交するようにシールド15内で配向されている
。図1Eに示すように、このような配列は、このようなシールドのないシステム
よりもさらに大きな有効領域の誘導エネルギー結合およびガス・イオン化をプラ
ズマ内に確保する。
ながら、従来技術のコイル誘導要素およびアンテナによって達成し得るよりも大
きく高密度なプラズマを、本発明の誘導要素10によってチャンバ13のプロセ
ス空間14内に生成できる。さらに、図に示されたもの、および本明細書に記載
されたもののような誘導要素は、誘電体ウィンドウおよびプロセス・チャンバの
水平断面寸法を単位としてコイル・ターンの制限される数が少ない。このような
方法で、図1Fに示すS字形アンテナなどの純粋に平坦なコイル・アンテナで空
間的に可能であろうよりも多くの数の有利なコイル・ターンが、本発明の誘導要
素によって領域43内で使用できる。主要なプラズマ発生領域43は誘導要素の
中心に概ね近接しているため、たとえば図1Aから1E、2Aから2B、3Aか
ら3B、4、5Aから5Bなどの本発明の設計を使用すると、より多くのコイル
・ターン39、41を誘導要素の中央領域43内に配置でき、誘導要素の水平設
置面積または断面寸法に著しい影響を与えないままで、より高密度なプラズマを
生成できる。また、本発明の誘導要素10は、誘電体ウィンドウ24の平面25
に概ね平行に配向された平面内で一定のコイル・ターン(つまりターン34a)
を維持することによって、プラズマの安定性をなおも維持することが発見された
。
のコイル・ターン、コイル・ターン部分、およびコイル・ターン・セグメントま
たはコイル・セグメントの異なる配向、方向、および平面を、本明細書で開示さ
れるプロセス・システムの誘電体ウィンドウ24aから導出される水平基準面2
5に対して「水平」および「垂直」であるとして説明する。同様に、コイル・タ
ーン、コイル・ターン部分、およびコイル・ターン・セグメントも、同じ水平基
準面25に対して平行(水平)または直交(鉛直)であるとして示す。しかし、
「水平」、「鉛直」、「平行」、および「直交」などの命名は、絶対的な制限で
はなく、1つの基準面に対して水平であるとして示される要素は、基準面が90
°回転する場合に実際には鉛直に配向することを当業者は容易に理解されよう。
さらに、1つの基準面に概ね平行である要素は、その第1の基準面と概ね90°
に配向することのできる別の基準面に概ね直交することになる。同様に、本発明
の誘導要素のコイル・ターンはコイルのターンであるので、常に完全に、または
絶対に単一平面内にあるわけではない。むしろ、水平、鉛直、平行である、また
は直交すると示されるコイル・ターン、ターン部分、およびターン・セグメント
は、適切な箇所において、本発明の誘導要素の構成に応じて、ターン、部分、セ
グメント、または配向が、概ね、または大部分が、鉛直、水平、平行であるか、
または直交するという意味である。さらに本明細書では、平面は、方向または配
向を示すために使用され、このことは、コイル・ターンを常に平面的なものとし
て画定するという意味ではない。したがって、本発明、具体的には請求の範囲に
記載される本発明は、当業者は理解するように、絶対的な配向に限定されない。
セス空間内部のプラズマ28を安定化する、プロセス空間14内の閉ループ内に
維持される。この電流ループは、図1Aでループ35として略図で示される。前
述のように、要素10などの本明細書で開示されるコイル設計と類似のコイル設
計での別の利点は、誘導要素10内のコイル・ターンの合計数と、要素の中心に
近接したターンの数とが、中心を共有し、同一平面にある多数のコイル・ターン
を水平面内で使用する従来技術の平面コイルのように、誘電体ウィンドウの寸法
によって制限されないことである。本発明では、ターンは、水平面の上で角度を
なし、より多数の直交コイル・ターン34bを誘導要素10の中心に配置するこ
とができ、それによって要素10および誘電体ウィンドウの全直径または長さ/
幅の寸法を著しく増大させることなく、要素の中心領域43での有効ターン・セ
グメント39の数と、プラズマに結合されるエネルギー量とを増大させることが
できる。
36内に配設され、したがって誘電体ウィンドウ24の平らな表面30に概ね平
行なセグメント39を含む。上記で論じたように、誘導要素またはアンテナ10
は、セグメント39も互いに、かつターン・セグメント41と概ね平行となるよ
うに構成される。コイル・ターン・セグメント39および41の組み合わせによ
り、誘導要素要素10の主プラズマ生成領域が提供される。プロセス空間内にプ
ラズマを拡散させるか、またはプラズマを束縛するために、各セグメント39お
よび41のそれぞれの間の距離の変更を利用することができる。すなわち、概ね
同じ水平フットプリント内で誘導要素10内のコイル・ターンの数が増加すると
、各セグメント39、41のそれぞれをより接近させて配置することになり、し
たがってプラズマがより密になる。コイル・ターンの数が減少し、種々のコイル
・ターン・セグメント39および41の間の間隔が増大することにより、プラズ
マはより疎になる。
概ね平行に配向する。図1Bに示すように、鉛直コイル・ターン34bは1つの
ターンから次のターンに移行しなければならないので、鉛直コイル・ターンは、
それぞれ完全に、基準面38に完全に平行な、画定される鉛直平面内にあるわけ
ではない。しかし本発明を述べる目的では、鉛直コイル・ターン34bが基準面
38に概ね平行であり、基準面36と、誘電体ウィンドウ24aの平らな表面3
0とに概ね直交するとみなす。
34aが概ね平面36内に配向するように形成される。ターン34aは、平面3
6に概ね直交する鉛直コイル・ターン34bのいずれかの側に配置される。その
ようにして、プラズマの全体の対称性が維持される。RF電源26aからのRF
出力は、セグメント42でマッチング・ユニット26aを使用する要素10に結
合される。セグメント42は、図1Bでは概ね垂直な配置で示される。しかし、
セグメント42を平面36内に配向することもできる。セグメント42は、コイ
ルの内部端24aに位置する。RF出力は、誘導要素を形成するコイルの端部で
図1B〜1D、2A〜2B、3A〜3B、4、および5A〜5Bの要素に同様に
結合する。
aの形状にも適合するように修正することができる。例えば、図1Aおよび1B
に示す実施形態は、円形または楕円形の誘電体ウィンドウに対して概ね適する半
円形状を有する水平コイル・ターン34aを使用する。図1Cに示すような誘導
要素またはアンテナ10aは、長方形の形状の水平コイル・ターン43aを有し
、ウィンドウ形状を最も効果的に利用し、要素1Aで多数のコイル・ターンを保
証する上で長方形誘電体ウィンドウに適する。同様に、図1A〜Cおよび本明細
書の他の図に示すように、鉛直ターン34bの形状を、半円ではなく、長方形ま
たは他の形状に変更することができる。図4に、半円水平コイル・ターン53お
よび長方形鉛直ターン55を使用する要素10eを示す。当業者は容易に理解さ
れるように、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明する誘導要素
のコイル・ターンの形状に様々な修正を行うことができる。例えば、より多数の
、または少数の水平ターン34aおよび/または鉛直ターン34bを本発明の原
理に従って使用し、特定のプロセス空間およびチャンバの幾何形状用に設計を調
整することができる。
Aおよび2Bに示す。図2Aおよび2Bでは、水平ターンの構成の違いと、RF
電源へのその結合の違いとのために、水平コイル・ターンと鉛直コイル・ターン
との間の結合が変化する。
aおよび外部コイル端42bが画定される複数の水平コイル・ターン34aを使
用する。図1Aに示す実施形態では、RF出力は、内部コイル端42aに近接す
る水平コイル・ターンと結合する。しかし、図2Aに示す実施形態では、RF出
力は、外部コイル端46bでアンテナ10bと結合する。内部コイル端46aで
は、鉛直コイル・ターン48は、水平コイル・ターン48と結合し、一体の要素
10bを提供する。本発明の原理によれば、水平コイル・ターン45および鉛直
コイル・ターン48の数を変更することができる。例えば、図2Bのアンテナ1
0cは、図2Aのアンテナ10bよりも少ない数の鉛直コイル・ターン48を使
用する。
面38との間の平面にあるように傾斜するか、または角度をなす直立コイル・タ
ーンを有する誘導要素を使用することができる。図3Aに示すように、誘導要素
10dは、水平コイル・ターン50aと、概ね水平面の外側にある直立コイル・
ターン50bとを有する。水平コイル・ターン50aは、水平基準面36に概ね
平行に配置され、したがって誘電体ウィンドウ表面30に概ね平行となる(図3
Bを参照)。コイル・ターン50bは水平基準面36の上で角度をなす。1つま
たは複数のコイル・ターン50bの大部分を、直交または鉛直面38内に配置す
ることができる。しかし、本発明の別の態様によれば、コイル・ターン52など
の他のコイル・ターン50bが水平基準面36と鉛直基準面38との間で傾斜す
るか、または角度をなすようにすることができる。コイル・ターン52の傾きま
たは角度は、誘電体ウィンドウを貫通する、要素1Dの磁場の等高線に影響を与
え、したがってプラズマに送達されるエネルギーに影響を与える。したがって、
中心コイル・ターン52は、アンテナ10dのインダクタンス特性に影響を与え
、プラズマの形状および密度に対する可変性を提供する。このようにして、誘導
要素またはアンテナの操作を特定のプロセス・チャンバや、プラズマに送達され
るRF出力のレベルなどの他のパラメータに調整するのに適するようにコイル・
ターン52の傾きを変更し、望ましい密で一様なプラズマを提供することができ
る。
テムの別の利点は、このシステムを誘導要素に対する「ホット・スポット」をな
くするために使用できることである。誘導要素は、エネルギーをプラズマに結合
することに対して最も大きな役割を担うその主要部分または領域を一般に有する
。図1Fに示すような従来技術のS型コイルでは、その部分は、概ね、コイル・
ターンの平行セグメントが整列される要素の中心43にある。しかし、図1Fの
誘導要素37の主要プラズマ部分43は、プラズマのある領域(すなわちホット
・スポット)で過剰なエネルギーをしばしば供給する。その結果、水晶ウィンド
ウなどの誘電体ウィンドウ24aが、実際にICPシステム内でスパッタまたは
侵食される可能性がある。そのような誘電体ウィンドウ24aのスパッタリング
は、堆積プロセスであっても、エッチ・プロセスであっても、全体のプラズマ・
プロセスを汚染する可能性がある。誘電体ウィンドウのスパッタリングを低減す
るためにチャンバ内でファラデー・シールドを使用する場合、そのシールド自体
がスパッタリングされる可能性があり、それによってもプラズマ・プロセスが汚
染される可能性がある。図1A〜1E、2A〜2B、および3A〜3Bに示すよ
うな本発明の誘導要素では、要素の中心領域43のコイル・ターンは、セグメン
ト39などのあるセグメントが水平面内にあっても、そのコイル・ターンの大部
分が水平面の上にあるように構成され、配列される。そのような構成を用いて、
本発明者は、プラズマ中の望ましくないホット・スポットと、生じるファラデー
・シールドまたは誘電体ウィンドウのスパッタリングとを低減することができる
ことを発見した。そのようなスパッタリングは、基板のプラズマ・プロセスでの
汚染を引き起こす可能性があるので、したがって本発明はそのような汚染を低減
する。
の、3次元誘導要素の追加の実施形態を示す。図5Aおよび5Bに示す誘導要素
またはアンテナは、アンテナ設計の全体の水平フットプリントを著しく増大させ
ることなくプロセス空間内に密で一様なプラズマを供給するための、概ね水平な
面の外側に配向するセグメントまたは部分を有するコイル・ターンを使用する。
本発明の別の態様によれば、図5Aおよび5Bの誘導要素は、要素の鉛直高を低
減することもできるコイル・ターンを使用する。図5Aおよび5Bの要素は、基
部面の上方に鉛直に起き上がるが、要素の全体の鉛直高を制限するためにやはり
概ね水平に延びる追加のコイル・ターンを使用する。
。コイル・ターン62のうちのいくつかは、図に示すような離隔され概ね平行な
平面に配向するターン部分64を含む。この離隔され概ね平行な平面は、概ね水
平に配向するように示されている。すなわち、誘導要素60が図1Dに示すよう
に誘電体ウィンドウの上端に配置される場合、コイル・ターン62の部分64は
、誘電体ウィンドウによって画定される平面25およびその平面の上の空間に平
行な、概ね水平な平面にあることになる(図1Dを参照)。そのようにして、コ
イル・ターン部分は、概ねスタックされたコイル・ターンを形成する。しかしコ
イル・ターン62のうちのいくつかは、コイル・ターンの部分の鉛直高を上げる
ように、すなわち水平に配向するコイル・ターン部分を鉛直にスタックするよう
に概ね鉛直に配向する、その部分またはセグメント66も含む。コイル・ターン
62は、大部分が水平に配向するように構成される。したがって図5A、5Bに
示すように、誘導要素60のコイル・ターン62のうちのいくつかは、互いに鉛
直にスタックされるターン部分またはセグメントを含む。誘導要素60の構成は
、鉛直に配向する部分66および水平に配向する部分64を有するコイル・ター
ンを使用するが、コイル・ターン62は、スタックされた形状で互いに離隔され
た複数の水平面内に、大部分が概ね水平に配向する。すなわち、各コイル・ター
ンのかなりの部分またはセグメントが概ね水平に配向する。コイル・ターンの鉛
直部分66により、コイル・ターン62が図5Aに示すスタックされた形状を形
成するように、水平部分64の間の鉛直方向の間隔が提供される。そのようにし
て、誘導要素の水平フットプリントを著しく増大することなく、誘導要素の効果
的なプラズマ生成領域を増大させることができる。さらに、コイル・ターンは、
大部分が水平に配向するように構成されるので、誘導要素の鉛直高も最小化され
る。具体的には、コイル・ターン62は、互いに概ね平行かつ同一平面上にあり
、要素60の中心プラズマ生成領域71を画定する平行部分68を含む。本発明
の原理に従って、スタックされたコイル・ターン62により、誘導要素の全体の
水平フットプリントを増加させることなく、誘導要素60の中心71に近接して
配置すべきより多数の部分68が提供される。誘導要素60内の追加のコイル・
ターン62は、より大きな水平フットプリントではなく、誘導要素への追加の鉛
直高に変換される。したがって、誘導要素60は、プラズマ・プロセス・システ
ム中のプロセス・チャンバの水平断面寸法を著しく増大させることなく、密で一
様なプラズマを生成または維持するために使用することができる。図5Aに示す
ように、RF出力は、内部コイル端70で誘導要素60に誘導的に結合される。
コイル・ターン62はスタックされ、大部分が水平に配向するので、鉛直高は、
例えば図1の要素10の場合ほどは著しく増大しない。このようにして、要素6
0により、水平および鉛直的にコンパクトな設計が提供され、通常は実質的によ
り大きな誘導要素を必要とする、密で一様なプラズマを維持するためにこの要素
60を使用することができる。
は、図5Aの誘導要素60の様々な特徴、ならびに図1Aに示す誘導要素10の
特徴の組み合わせを使用する。より具体的には、誘導要素72は、前述のような
スタックされた形状の、またはスタックされた形状から角度をなすコイル・ター
ン62を含む。コイル・ターン62は、大部分が水平面内に位置する。それらの
ターンの水平部分64が、鉛直部分よりも著しく長いからである。そのようにし
て、コイル・ターン62は、スタックされた形状で、図5Aの誘導要素に類似の
鉛直に離隔された水平面内に配向する。誘導要素72は、スタックされた構成に
角度をなして配向する1つまたは複数のコイル・ターン74も含む。図5Bでは
、コイル・ターン74は、スタックされたコイル・ターン62に概ね直交する鉛
直面に大部分が配向する。しかし、追加のコイル・ターン74を水平または鉛直
方向の間のいずれかの方向に角度をなすことができる。RF出力は、外部コイル
端76で誘導要素72に結合する。図5A〜5Bの要素のコイル・ターンは、概
ね半円形状として示されているが、他の形状も有することができる。同様に、図
5Bでは概ね鉛直に配向するコイル・ターン74が示されているが、図3Aおよ
び3Bに示されるのと同様にコイル・ターン74を水平と鉛直の間の角度をなす
ことができる。
するための誘導要素用の別の代替設計を示す。図6A〜6Dの要素は、比較的接
近して隔離された巻きコイル・ターンを有する、コイルの形態の従来の誘導要素
からの変形形態である。すなわち、図6A〜6Dは、非コイル形式に配列された
、反復された導体セグメントを使用する誘導要素の実施形態を示す。より具体的
には、誘導要素に関して、反復された導体セグメントは、本明細書で説明する他
の実施形態に関して説明したような、単なる反復されたコイルのコイル・ターン
の形態ではない。具体的には、図6A〜6Dの実施形態は、プラズマ中にエネル
ギーを結合するために平面誘電体ウィンドウを使用するように設計される。図6
A〜6Dの誘導要素は、誘導要素の中心の周りに円形パターンに配置される複数
の、同一の反復された導体セグメントをそれぞれ備える。図6A、6C、および
6Dなどの一部の要素は、誘導要素の中心から半径方向外側に延びるように配設
される、反復された導体セグメントを有する。そのような誘導要素は、プロセス
・チャンバ内部にリング形状のプラズマを生成し、そのような誘導要素の中心に
近接して配置することがある他の追加のハードウェアと共に使用することができ
る。例えば、プラズマ・プロセスのために図6A〜6Dの誘導要素の中心に、マ
グネトロン装置、ガス注入アセンブリ、測定装置、および他のプロセス・ハード
ウェアを配置することができる。図6A〜6Dに示す要素は、隣接する中心を共
有する複数のコイル・ターンを含む従来の巻きコイルまたはアンテナとは幾分異
なる。実施形態のうちのいくつかは、図6Bの誘導要素などのような複数の層を
使用し、図6Bの誘導要素は、概ね円形パターンに配列された、コイル・ターン
の形態の反復されたセグメントを使用するが、図6A〜6Dの誘導要素は、従来
の巻きコイルまたはらせんコイル・アンテナと比較して、概ねアンテナの端部で
入力インピーダンスが減少する。さらに、図6〜6Dの誘導要素は、従来のコイ
ル設計と比較して、より低いインダクタンスを有することができる。
ように構成される誘導要素80が示されている(図1Dを参照)。誘導要素80
は、誘導要素の中心84から半径方向外側に延びるように配置される複数の反復
されたセグメント82を形成する。反復される各セグメント82は、プラズマの
生成に寄与し、セグメントが中心84の周りに半径方向に配置されるので、その
ような要素で円形またはリング形状のプラズマが生成される。誘導要素80は、
基準円87によって示すように大部分が円形形状である外部部分86を含む反復
された導体セグメント82を有する。本発明の原理によれば、誘導要素80は、
誘導要素の中心84に近接して配置することができるマグネトロン、ガス注入ア
センブリ、または測定装置などの他のプロセス構成要素と共に組み合わせて使用
することができる、密で一様なリング形状のプラズマを生成する。プラズマ生成
は、反復されたセグメント86に近接した中心から半径方向外側に大部分は維持
されるからである。誘導要素80は、誘導要素の概ね一方の側が時計方向などの
一方向に電流を導通し、誘導要素の他方の側が反時計方向などの反対方向に電流
を導通するように、概ね誘導要素の中心84を通って延びるクロスオーバ・セグ
メント88を含む。そのようにして、リング形状プラズマ内でより整合性のある
プラズマ密度が達成される。RF出力は、端子81で要素80に結合する。
成され(図1Dを参照)、個々のコイルを形成する、反復された導体セグメント
92を含む誘導要素90を示す。セグメント92は、コイルを形成するが、反復
された導体セグメントは、コイル形式には配列されない。すなわち、個々のコイ
ル92は、単により大きなコイル構造のコイル・ターンなのではない。各コイル
92は、約1と2分の1のターンを含み、誘導要素の中心94の周りに概ね円形
パターンで配列される。図6Bの実施形態は、らせん形状のコイルを有する。図
6Bに示すように、各コイル・セグメント92は、概ね鉛直な軸93の周りに巻
かれ、その結果反復された各コイル・セグメント92の1と2分の1ターンによ
り、鉛直に離隔されるが、水平に配向する平面に位置付けられるセグメントを有
する複数の層の誘導要素が提供される。各コイル・セグメントは、各コイル・セ
グメントが下側部分96と上側部分98との間で同様に巻かれるように、種々の
コイル・セグメント92の間に配置される移行セグメント95を含む。各コイル
・セグメント92は、誘導要素90の中心94の周りに同様に配列される。RF
出力は、端子91で要素90に結合する。
るように構成され、誘導要素の中心104から半径方向外側に延びるように配設
される、反復された導体セグメント102を形成する。反復されたセグメント1
02は、それぞれが概ね直線状の外側部101と円形または丸まった(radi
used)端部103を有する、概ね楕円形の部分を含む。誘導要素100は、
図6Bに示す誘導要素に類似の複数のレベルまたは層も有する。しかし、参照番
号106によって示される第1層および参照番号108によって示される第2層
として存在する複数の層は、2つの鉛直方向に離隔された水平面のパターンを反
復することによって形成される。より具体的には、誘導要素100は、ほぼ点1
05で始まる第1層106中で、複数の反復された導体セグメントを形成する。
ほぼ点107で、移行が行われ、その移行において、誘導要素100を形成する
ために使用される導体が、レベル108に鉛直上方に延び、次いでパターンを反
復し、下の層106の反復されたセグメントと重なる、または同じように延びる
反復されたセグメントが形成される。RF出力は、端子109で要素100に結
合する。
の誘導要素用の別の代替設計を示す。誘導要素110は、誘電体ウィンドウに概
ね平行な水平面に配向するように構成され、誘導要素110の中心114から半
径方向外側に延びる反復されたセグメント112を形成する。セグメント112
は、図6Cに示すセグメント102と同様の形式で配向する。しかし、誘導要素
110は、単一レベルまたは単一層のみを使用し、反復されたセグメント112
は、異なる形態をとる。図6Cに示すような楕円形状部分を形成するのではなく
、この反復されたセグメントは、多数の角度をなすコーナ116を有し、そのコ
ーナ116は、概ね、誘導要素110の中心114に対して半径を有するように
形成される湾曲した長方形とみなすことができる形である。この湾曲した長方形
は、半径方向に配向するセグメント117によって接続される、曲線状の内側部
113および曲線状の外側部115を含む。RF出力は、端子101で要素に結
合する。
ルギーを結合するためにプロセス・チャンバの側壁部分と、同時にプロセス・チ
ャンバの端壁部分の両方を介して、誘導電気要素を構成し、使用することができ
る。従来においては、典型的な誘電体ウィンドウは、図1Dに示すように、チャ
ンバの端部またはチャンバの端壁に近接して配置され、通常は、チャンバの上端
に配置される。そのようにして、従来の平面コイル・アンテナからの電気エネル
ギーは、チャンバのプロセス空間中に下方に配向する。あるいは、チャンバの側
壁を誘電体材料で形成することができ、らせんコイルまたはソレノイド・コイル
を側壁の周りに巻いてチャンバ中にエネルギーを結合することができる。本発明
の別の態様によれば、コイル・ターンのセグメントがチャンバの側壁部分に沿う
と同時にチャンバの端壁にも沿って配置され、または配向するように、複数のコ
イル・ターンを有する概ね非平面の誘導要素が構成される。それによって誘導要
素からの電気エネルギーが、側壁および端壁部分を同時に介して結合する。すな
わち一実施形態では、誘導電気エネルギーは、チャンバの側部ならびに上端から
プラズマ中に結合する。この目的で、そのような誘導要素を使用するプロセス・
システムは、水晶などの誘電体材料で形成される側壁部分および端壁部分を有す
る。
および端壁部分122を含むプロセス・チャンバの区間123の周りに形成され
、構成されることが示されている。プロセス・チャンバ123は、図8Bに示す
チャンバなどのより大きなチャンバ中に組み込むことができる。区間123は、
一般に、基板に近接してプラズマを形成するようにプロセスすべき基板に対向し
て配置される。図7A〜7Cに示す区間123は、概ね平坦な端壁部分122お
よび円筒形の側壁部分121を有する概ね円筒形であるように示されているが、
この区間は、図8Bに示す幾分の円錐形状などの他の形状をとることもできる。
誘導要素120は、参照番号124によって集合的に示される複数のコイルを含
むコイルとして形成され、各ターンは、チャンバ側壁部分121の周りに沿って
配向するセグメント126を含む。コイル・ターン124は、端壁部分122に
沿って配向するセグメント127も含む。そのようにして、誘導要素120のコ
イル・ターン124は、チャンバの側壁部分と端壁部分の両方を介してエネルギ
ーをプラズマ中に結合する。側壁部分121および端壁部分122は、電気エネ
ルギーを、それを介してプラズマに結合することを可能とするための、水晶など
の適切な誘電体材料で形成される。
エネルギーをプラズマ中に結合するように、区間123の周りに巻かれ、配列さ
れる。すなわち要素120は、概ねチャンバ側壁部分121に沿って配向するコ
イル・ターンのセグメントと、チャンバ端壁部分122に沿って配向するコイル
・ターンのセグメントとを含む。この目的のために、端部130でRF電源の端
子に結合する誘導要素120は、コイル・ターンを含み、各コイル・ターンは、
端壁部分を横切って巻かれるセグメントと、側壁部分122の周りに巻かれるセ
グメントとを有する。コイル・ターンの側壁セグメントは、互いに角度をなして
配向する区間を含む。具体的には、側壁部分121に沿って配置されるコイル・
ターンの側壁セグメントは、それぞれ側壁部分の下方に延びる区間132と、水
平区間133によって示されるような、側壁部分121の周りに延びる区間とを
含む。各コイル・ターンの側壁セグメントは、鉛直区間134によって示される
ような、側壁部分121を超えて後方に延びる区間をさらに含む。次いでコイル
・ターンは、端壁部分122を超えて後方に延びる。図7Aに示すように、この
パターンは、種々のコイル・ターン124に対して反復され、チャンバ区間12
3の一方の側の下方に進む。下部のコイル124aでは、セグメント135でコ
イル・ターン124bの上への移行が行われ、次いでそのコイル・ターン124
bは、側壁部分121の周囲と上方に向かって巻かれ、端壁部分122の上に巻
かれ、端部136で終了するまでチャンバ区間123の他方の側に沿って反復す
る。端部136は、RF電源の他端に結合する。図に示すように、コイル120
は基本的にコイル・ターンの組を有し、ターンの1つの組が概ねチャンバの一方
の側に沿って配置され、別のターンの組が概ねチャンバの別の側に沿って配置さ
れる。
ントは、図7Aに示すように鋭い90度の曲がりを含む。参照番号132、13
4によって示される、側壁部分122の上方および下方に向かって巻かれる種々
のコイル・ターン区間は、概ね鉛直な向きに配向する。区間133を含む誘導要
素の別の区間は、概ね水平に配向する。コイル・ターン区間132、134と区
間133との間に約90°の曲がりがある。あるいは、コイル・ターンの種々の
区間に対して他の配向も使用することもできる。
が示されている。誘導要素140は、図7Aの誘導要素120に類似のプロセス
・チャンバ区間123の側壁部分121の周りと、端壁部分122の上とに延び
る複数のコイル・ターン142を含む。しかし、コイル・ターン142の区間1
34と区間133との間の移行は、個々の区間134、133が互いに概ね直交
しないように、90°よりも大きい角度となる。側壁区間133と134との間
の角度は、チャンバ区間123の特定の形状を収容するように変更することがで
きる。例えば、この角度を90°未満にすることもできる。要素140は、チャ
ンバの端壁および側壁の両方を介してエネルギーをプラズマ中に結合する。
・チャンバ中に結合するために使用される誘導要素の別の代替実施形態を示す。
図7Cの実施形態は、図7A、7Bに示すような、そこで形成される複数の角度
をなす区間を有するコイル・ターンを使用しない。誘導要素150は、概ね円形
の巻きコイル・ターンを使用する。そのコイル・ターンは、ターンの区間がチャ
ンバ区間123の周りにあり、ターンの区間が同時に端壁部分122を横切り、
側壁部分121を横切るように巻かれる。前述と同様に、この要素は、区間12
3の対向する側部に配置されるコイル・ターンの2つの組を形成する。
々な角度から電気エネルギーをプラズマ中に誘導的に結合するために使用するこ
とができ、プラズマ中への電気エネルギーの貫通を変化させるために使用するこ
とができる。それによって、誘導要素は、平面コイルでは達成不可能な方式でプ
ラズマの安定性および一様性に影響を与える。例えば、平面コイルでは、コイル
とプラズマとの間の結合インターフェースの寸法に影響を与える能力はほとんど
なく、したがってRF出力がプラズマ中に堆積する領域が拡大される。一般に、
ICP出力は、アンテナとインターフェースをとるプラズマ層中に堆積し、誘電
体ウィンドウから表皮厚さの数倍延びる。図7A〜7Cに示すようなアンテナ設
計は、プロセス・チャンバの側壁部分121に沿って配向するコイル・ターンの
セグメントの配向を変化させることにより変動を生成し、その結果エネルギーは
、チャンバの上端からプラズマ中に向けて送られるだけでなく、側部からも送ら
れる。
エネルギーをプラズマ中に誘導的に結合するために使用することができる非平面
誘導要素の別の実施形態を示す。誘導要素160は、図7A〜7Cに示す誘導要
素に類似の、反復された巻きコイル・ターンを使用しない。むしろ、誘導要素1
60は、6A〜6Dに示される誘導要素の変形形態であり、誘導要素の反復され
たセグメントが、非コイル形式に配列され、中心軸の周りに円形パターンに半径
方向に配列される。このセグメントは、誘導要素の中心から半径方向外側に延び
るように配設される。しかし要素160は、図6A〜6Dに示すように概ね平坦
または平面になるようには構成されず、要素160は、チャンバの上端に沿って
配向するセグメントと、チャンバの側部に沿うように配向するセグメントとを有
する。
グメント162は、コーナー163で曲がり、概ね水平な上端セグメント164
と、概ね鉛直なセグメント166とを形成する。上端セグメント164は、プロ
セス・チャンバの端壁または上端壁部分122に沿って概ね配向し、鉛直セグメ
ント166は、プロセス・チャンバの側壁部分121に沿って概ね配向する。例
えば、図6Aの要素80中の種々の反復されたセグメントを図7Dに示すような
方式で曲げることによって、要素160に類似の誘導要素を形成することができ
る。各側部セグメント166は、概ね水平に配向するが、側壁部分121に沿っ
て配置される区間167を含む。要素160は、電気エネルギーをチャンバの上
から、かつチャンバの側部を介してプロセス・チャンバ中に結合する。
は、プラズマ・エッチングまたはプラズマ増速CVD(PECVD)に対して使
用できる。本発明の別の態様によると該誘導結合プラズマは、スパッタ堆積プロ
セスまたはスパッタ・エッチング・プロセスに対して使用できる。本発明の別の
態様によると、本明細書で開示した誘導要素は、第2の独立したバイアス誘導要
素と組み合わせて、プロセス・チャンバ内のプラズマにさらに作用し、またはス
パッタ粒子をイオン化させるためにスパッタ堆積に使用できる。
を使用したプロセス・システム200を図8Aに示す。該プロセス空間204で
、処理される基板206を保持する。システム200では、本発明の原理に従っ
て本明細書で先に示した誘導要素を用いており、このシステムは、ターゲットか
らスパッタされる粒子を基板上に堆積する以前にイオン化するイオン化PVD法
に特に適するものである。基板206は、基板206およびプロセス空間204
を囲む誘電体チャンバ部分210の下方に配置されたウェーハ支持体208上に
着座している。支持体208は、適切な電源206aでバイアスすることができ
る基板ホルダ206aを含んでいる。アパチャ・プレート212、ならびにスパ
ッタ堆積ターゲット214および関連するマウント215は誘電体チャンバ部分
210の上面上に配置されている。アパチャ・プレート212は、アパチャまた
は開口213を中に含み、ターゲット214はリング・ターゲット形状すること
が可能であり、アパチャ213を囲んでいる。ターゲット214は適切なDC電
源226bに結合されている。誘電ウィンドウ216は、アパチャ・プレート2
12およびターゲット214の上面上に配置されている。誘導要素220は、誘
電ウィンドウ216の上面上に配置されている。
要素のいずれか1つとすることができる。該誘導要素は、図1Aおよび8Aに示
した誘導要素10のように、平面誘電体ウィンドウと組み合わせて動作可能であ
る。図1Dのシステムに関して考察したように、ファラデー・シールド234、
236をシステム200で用いる場合もある。誘導要素10は、垂直コイル・タ
ーン222および水平コイル・ターン224を含んでいる。水平コイル・ターン
224は概ね、誘電体ウィンドウ216の平面頂部表面225に対して平行な平
面内に位置している。誘導要素220は電気エネルギーをプロセス空間204に
結合させるものであり、具体的には、ウィンドウ216を介してエネルギーをプ
ロセス空間204内のプラズマに結合させる。プラズマは、ターゲット214か
ら材料をスパッタし、ターゲット材料のスパッタ原子をイオン化するのに用いら
れており、該スパッタ原子は、公知のイオン化スパッタ堆積技法に従って基板2
06上に堆積される。誘導要素220は、マッチング・ユニット226aを介し
てRF電源に結合されている。ターゲット214は、ターゲットをバイアスする
ためにDC電源226bに結合されている。図8Aに示す誘導要素220は設計
上、図1Aおよび1Bに示した誘導要素と同様であるが、本発明の原理による他
の誘導要素も平面誘電ウィンドウ216と組み合わせてシステム200で用いる
ことが可能である。例えば、図1C、2A〜2B、3A〜3B、4、5A〜5B
、および6A〜6Dに示した誘導要素も、平面ウィンドウ216に近接して使用
できる。
してこれに作用するために、第2誘導要素230を誘電体チャンバ部分210の
周辺に配置する。この目的のために、第2誘導要素230は、図8Aに示すよう
に、部分210の周りに巻かれた円筒状コイル要素の形状とすることができる。
誘導要素230は、マッチング・ユニット232aを介してRF電源232に結
合されている。電源232は、RF電源226とは独立に動作する。このように
して、1次誘導要素220および2次誘導要素230は独立にバイアスされ、動
作するものである。2つの独立なRF電源226、232は、プラズマに伝達さ
れる電力量を調整するために使用できる。
点は、イオン化PVDプロセスで実現される。イオン化金属PVDプロセスなど
のイオン化PVD(iPVD)プロセスでは、1次要素によって生成および維持
されたプラズマを用いて金属粒子(例えばAl粒子)がスパッタされ、スパッタ
後に粒子が2次要素によってイオン化される。イオン化PVDプロセスによって
、アスペクト比が高いフィーチャが用いられた基板上に金属膜を堆積することが
可能になる。電子温度および電子密度を最大限に上げることが、PVDプロセス
において金属粒子のイオン化を最適化するための重要な課題である。しかし、i
PVDプロセスでしばしば起こるのは、1次プラズマ内に存在する金属粒子の密
度増大によって1次プラズマ内の電子温度が冷却または低下し、これによって達
成可能な総合的金属イオン化率が低下することである。さらに、スパッタ金属粒
子に関連するエネルギーはアルゴン等のプロセス・ガスによって吸収されること
が多く、その結果、アルゴン・プロセス・ガスの密度が低下または希薄化する。
次いで、このアルゴンガスの希薄化によって、スパッタ原子の高温化効果が低下
し、これによって金属イオン化率がさらに低下する。
誘導要素220および230からの誘導結合エネルギーによって規定されるよう
に、プロセス空間の2つの異なる領域で高密度プラズマと相互作用することにな
る。上記で考察した本発明の原理により、1次誘導要素220によってターゲッ
ト214に近接した高密度で均一のプラズマが供給される。基盤206に堆積さ
れる材料は、ターゲット214からスパッタされ、1次プラズマによってイオン
化される。スパッタされた材料の幾分かは局所ガス温度まで完全には冷却するこ
となく1次プラズマ領域を通過するもので、したがってプラズマ粒子と衝突して
イオン化する可能性がない。第2誘導要素230によりスパッタ材料のイオン化
が大幅に強化されるが、それは、スパッタ原子が2次プラズマに達するまでにあ
る熱的状態まで冷却される可能性がある、すなわちプラズマ粒子と衝突してイオ
ン化される可能性があるからである。さらに、先にイオン化され、プラズマ電子
と再結合して中性状態になったスパッタ原子のあらゆる部分が、2次プラズマに
よって再びイオン化される。この再イオン化は、誘導要素230に近接したプロ
セス空間、すなわち基板206のすぐ上方の空間の領域で行われることになる。
2次誘導要素230によって、1次誘導要素220の効果とは独立にプロセス・
チャンバ202のプラズマにエネルギーが供給される。このようにして、大量の
エネルギーが、プラズマならびにターゲット214からスパッタされた金属粒子
に伝達され、したっがて、これにより金属粒子の所望のイオン化が増大し、イオ
ン化金属の流速の均一性を改善する。さらに、2次誘導要素230は、プラズマ
場の外周部に対してRFエネルギーを追加する。この場所は、大量のイオン化金
属流速が誘電体チャンバ部分210に関連した再結合および側壁吸着で失われる
ところである。本発明の一実施形態では、1次誘導要素は、約13.56MHz
で動作するRF電源226に結合することができ、2次RF電源232は約2M
Hzで動作できる。電源226、232は独立に動作する。一般に、該誘導要素
は、400kHzから100MHzまでの励起周波数範囲にある電源によって給
電される。該RF電源は、プラズマに最大RF電力を伝達するために、マッチン
グ・ユニット226a、232aを介して誘導要素に結合される。
が2つの独立したエネルギー源からプラズマに伝達されるために、ターゲット電
力およびガス圧力パラメータを広範囲にわたってより適切に制御される。さらに
、図8Aに示したシステム200は金属粒子イオン化領域の大きさを増大させる
が、この増大は、基板206のすぐ上にある領域のプラズマに対する独立な制御
、したがってターゲット214からスパッタされる粒子とプラズマとの相互作用
に対する独立な制御を可能にすることによって行われる。さらに本発明者は、シ
ステム200と同様のシステムにおいて、イオン音響波、電子プラズマ波、およ
び他の結合機構など、電気エネルギーをプラズマに導入するための他の物理的機
構も使用可能であると判断した。さらに、本明細書で考察した本発明のシステム
に関する別の利点は、プラズマに伝達された総電力を2つの部分に分割して、プ
ラズマにより高い累積電力レベルを伝達する場合に備えることが可能なことであ
る。さらに、1次および2次誘導要素間で電力要件を2つに分けることによって
、これらの要素の加熱が低減され、該要素の冷却が容易になる。
効率を高めるためにも使用することができる。アパチャ・プレート212にある
中央開口部213のサイズは、基板に当たるスパッタ原子を冷却およびイオン化
する前に制限するものである。中央開口部のサイズは、イオン化するために1次
要素220からプラズマに送り返すスパッタ粒子をより多くまたは少なくために
変更することができる。これによって、基板表面に当たる前のスパッタ粒子のイ
オン化確率が高められる。図8Aのシステムによって、イオン化プロセスの、プ
ロセス空間204内のガス圧力に対する依存性が弱まり、かつ、ターゲット21
4に伝達されそこからスパッタ粒子に達するエネルギー量に対する依存性も弱ま
る。したがって、システムの総合的な「プロセス・ウィンドウ」は大きくなる。
このことは、単一の平面誘導要素を用い、プロセス・ガス圧力範囲および電力制
約がある程度に限定されていた従来技術のシステムに対する重要な利点である。
めに、システム200では、誘電体ウィンドウ216の内側面に近接したスロッ
ト・シールド234、ならびに2次誘導要素230に近接したチャンバ部分21
0を囲むシールド236の形態で、ファラデー・シールドを使用できる。ファラ
デー・シールドは、チャンバ内部の誘電体表面上に蓄積して内部部品とプラズマ
の間で電気的短絡を引き起こす可能性のある金属材料を用いるイオン化PVDシ
ステムで有効である。ファラデー・シールドにより、要素230からプラズマへ
のエネルギー誘導結合も強化される。ファラデー・シールドは、一般に接地され
、公知の原理によって動作して、上述のように誘導要素220、230から発生
した容量性電界を低減する。
び2次誘導要素を用いた本発明の代替形態を示す。システム245では1次誘導
要素250を用いている。該要素は、図7A〜7Dに関して本明細書で上述した
要素に類似しており、チャンバの端壁部分251および側壁部分252の双方か
ら電気エネルギーをプロセス・チャンバ246に結合させている。この目的のた
めに、図8Aに示した平坦な誘電体ウィンドウではなく、端壁部分251および
側壁部分252を有する誘電体チャンバ部分248を、アパチャ・プレート24
7の上方で使用している。リング形状のターゲット254およびマウント254
はチャンバ部分248の周囲に配置され、誘導要素250がチャンバ部分248
の周囲に巻かれて、ターゲット254に近接するチャンバ246にエネルギーを
誘導結合させ、これによって、公知のプラズマ原理に従ってターゲットから材料
粒子をスパッタする。ターゲット254は、ターゲットをバイアスするためにD
C電源255bに結合されている。図7Bで開示した要素と形状が類似する誘導
要素を図8Bに示している。しかし、本発明の原理に従って同様に設計された別
の誘導要素が使用可能である。たとえば、図7A、7Cおよび7Dに示した誘導
要素が、やはり図8Bに示したシステム245と共に使用できる。誘導要素25
0は、マッチング・ユニット255aおよびRF電源255に動作可能に結合さ
れる。RF電源255は、2次誘導要素257に結合された別のRF電源および
マッチング・ユニット256aとは独立に動作する。ファラデー・シールド25
8がシステム245内で示されている。ファラデー・シールド258を使用して
、支持体261上のチャンバ246内に配置された基板260を処理するための
、2次誘導要素257を介したチャンバ246へのエネルギー誘導結合を改善す
ることができる。支持体261は基板ホルダ260bを含み、該ホルダは、電源
260aからバイアスされて、プロセス電圧および基板260に関するパラメー
タを制御することができる。
て、誘導要素250の個々のコイル・ターン間にある誘電体チャンバ部分248
の領域にターゲット254をマウントすることにより、プロセス・チャンバの設
計を変更する場合がある。図8Bを参照すると、ターゲット254は、誘導要素
250の隣接コイル・ターン間の符号259で示された領域に配置されることが
ある。
270を示す。システム270では、概ね平面の1次要素280、たとえば図4
、5A〜5Bおよび6A〜6Dに示した要素のいずれかを使用する。システム2
70では、基板274が支持体275により支持されたチャンバ272を用いて
いる。支持体275は基板ホルダ274bを含み、該ホルダは電圧および基板2
74に関するプロセス・パラメータを制御するために電源274aによりバイア
スできる。基板274上に材料層をスパッタ堆積するために、ターゲット277
、マウント279、および誘電体ウィンドウ278を、アパチャ・プレート27
6の上方に配置している。DC電源282bはターゲット277をバイアスする
。誘導要素280を平面誘電体ウィンドウ278の一方の側に対して結合してチ
ャンバ272内のプラズマに電気エネルギーを供給する。誘導要素280は、マ
ッチング・ユニット282aを介してRF電源282に結合されている。ファラ
デー・シールド283を誘電体ウィンドウ278の内側面で用いて、上述のよう
に、要素280からの電気エネルギーの誘導結合を強化することがある。
ている2次誘電要素285は、その周囲に巻かれた円筒状コイルの形態にはなっ
ていない。代りに、要素285は、反復して横に並べられた複数のセグメント部
288を含み、このセグメント部はチャンバ部286の外壁に対して垂直方向に
配向している。反復セグメント部288は、図8Cに示すように概ね垂直方向に
配向し、チャンバ272の周囲に総体として円筒形状の要素を形成する。本発明
の原理に従ってプロセス・チャンバ272にエネルギーを誘導結合するために、
誘電要素285は、適切なRF電源290にマッチング・ユニット290aを介
して結合されている。本発明の好ましい一実施形態では、図8Cに示すように反
復セグメント部288はU形状をしている。ただし、他の形状の反復セグメント
部を使用する場合がある。さらに、図8A、8Bに示す円筒状コイルを、本発明
の原理によるシステム270で使用する場合もある。
載したが、本出願人の意図は、添付の特許請求項の範囲をそのような詳細に限定
または如何様にも制限するものではない。さらなる利点および変更形態も当業者
には容易に明らかであろう。したがって、本発明はそのより広範な態様において
、特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに図示および記載した例示的実
施例に限定されるものではない。したがって、出願人の全般的発明概念の精神ま
たは範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することが可能である
。
。
に使用される本発明の誘導要素の実施形態の側面図である。
に使用される本発明の代替誘導要素の実施形態の側面図である。
に使用される本発明の代替誘導要素の実施形態の側面図である。
に使用される本発明の代替誘導要素の実施形態の概略斜視図である。
ある。
ある。
ある。
Claims (67)
- 【請求項1】 プロセス空間を画定し、基板をプロセス空間中に保持する基
板サポートを含むプロセス・チャンバと、 プロセス・ガスを前記プロセス空間に導入するガス導入口と、 プロセス空間で、内部に導入されたプロセス・ガスからプラズマを生成する動
作可能なプラズマ源を具え、プラズマ源は、 概ね平坦な表面を有し、プロセス空間に近接するプロセス・チャンバに接する
誘電ウィンドウと、 チャンバの外側に、誘電ウィンドウに近接して位置し、誘電ウィンドウを介し
てプロセス空間へ電気エネルギーを結合させて内部にプラズマを生成する誘導要
素を具え、 誘導要素はコイルの長手方向に沿って連続して配設された複数のコイル・ター
ンを有するコイルを具え、前記コイル・ターンの少なくとも1個は第1の平面に
配向し、前記コイル・ターンの少なくとも1個は第1の平面と角度をなす第2の
平面に配向する、 プラズマにより基板を処理する処理システム。 - 【請求項2】 前記第1の平面は、誘電ウィンドウの平坦な表面に概ね平行
に配向する、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項3】 前記誘導要素が、第1の平面に配向するもう1つのコイル・
ターンを具え、第2のコイル・ターンは概ね第1の平面にあるコイル・ターンの
間に配設された、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項4】 前記誘導要素が、第1の平面に配向する複数のコイル・ター
ンを含む、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項5】 前記誘導要素が、第1の平面と角度をなす平面に配向する複
数のコイル・ターンを含む、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項6】 前記コイル・ターンの少なくとも1個が、半円形である、請
求項1に記載の処理システム。 - 【請求項7】 前記コイル・ターンの少なくとも1個が、長方形である、請
求項1に記載の処理システム。 - 【請求項8】 第1および第2の平面の間の、角度をなす第3の平面に配向
する少なくとも1個のコイル・ターンをさらに具える、請求項1に記載の処理シ
ステム。 - 【請求項9】 前記第1の平面のコイル・ターンが、内側コイルの端部と外
側コイルの端部を画定し、第2の平面のコイル・ターンが、第1の平面のコイル
・ターンの外側コイルの端部に結合される、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項10】 前記第1の平面のコイル・ターンが、内側コイルの端部と
外側コイルの端部を画定し、第2の平面のコイル・ターンが、第1の平面のコイ
ル・ターンの内側コイルの端部に結合される、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項11】 誘導要素が、第1の平面に配向する部分と、第2の平面に
配向する部分とを有するコイル・ターンをさらに具える、請求項1に記載の処理
システム。 - 【請求項12】 前記第2の平面が、概ね第1の平面に直交するように配向
する、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項13】 前記プロセス・チャンバが、誘電材料で形成された側壁部
分を有し、さらに、 側壁部分に近接して、電気エネルギーをさらに側壁部分を介してプロセス空間
中に結合する第2の誘導要素を具える、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項14】 前記第2の誘導要素が、チャンバの側壁部分に巻かれたコ
イルを具える、請求項13に記載の処理システム。 - 【請求項15】 第1および第2の誘導要素が、電気エネルギーをプロセス
空間中に結合するため、それぞれ電気エネルギー源に結合され、電気エネルギー
源は、第1および第2の誘導要素を独立してバイアスするため、互いに独立して
作動する、請求項13に記載の処理システム。 - 【請求項16】 前記第2の誘導要素と、プロセス空間との間に配設された
ファラデー・シールドをさらに具える、請求項13に記載の処理システム。 - 【請求項17】 誘導要素と、プロセス空間の間に配設されたファラデー・
シールドをさらに具える、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項18】 プロセス・チャンバ中に、ターゲットの材料を保持する形
態のマウントをさらに具える、請求項1に記載の処理システム。 - 【請求項19】 プロセス空間を画定し、基板をプロセス空間中に保持する
基板サポートを内部に含むプロセス・チャンバと、 プロセス・ガスを前記プロセス空間に導入するガス導入口と、 プロセス空間で、内部に導入されたプロセス・ガスからプラズマを生成する動
作可能なプラズマ源を具え、プラズマ源は、 平坦な表面を有し、プロセス空間に近接するプロセス・チャンバに接する誘電
ウィンドウと、 チャンバの外側に、誘電ウィンドウに近接して位置し、ウィンドウを介してプ
ロセス空間へ電気エネルギーを結合させて内部にプラズマを生成する誘導要素を
具え、 誘導要素は複数のコイル・ターンを有し、誘導要素の第1および第2のコイル
・ターンの一部は、隔離された概ね平行な平面に配向して、スタックされたコイ
ル・ターンを形成し、スタックされたコイル・ターンは概ね前記誘電ウィンドウ
の平坦な表面に平行に配向する、 プラズマにより基板を処理する処理システム。 - 【請求項20】 誘導要素が、複数セットのスタックされたコイル・ターン
を具える、請求項19に記載の処理システム。 - 【請求項21】 前記プロセス・チャンバが、誘電材料で形成された側壁部
分を有し、さらに、 側壁部分に近接して、電気エネルギーをさらにプロセス空間中に結合する第2
の誘導要素を具える、請求項19に記載の処理システム。 - 【請求項22】 前記第2の誘導要素が、チャンバの側壁部分に巻かれたコ
イルを具える、請求項21に記載の処理システム。 - 【請求項23】 第1および第2の誘導要素が、電気エネルギーをプロセス
空間中に結合するため、それぞれ電気エネルギー源に結合され、電気エネルギー
源は、第1および第2の誘導要素を独立してバイアスするため、互いに独立して
作動する、請求項21に記載の処理システム。 - 【請求項24】 前記第2の誘導要素と、プロセス空間との間に配設された
ファラデー・シールドをさらに具える、請求項21に記載の処理システム。 - 【請求項25】 誘導要素と、プロセス空間の間に配設されたファラデー・
シールドをさらに具える、請求項19に記載の処理システム。 - 【請求項26】 誘導要素がさらに、前記スタックされたコイル・ターンに
対して角度を有して配向する第3のコイル・ターンを具える、請求項19に記載
の処理システム。 - 【請求項27】 プロセス・チャンバ中に、ターゲットの材料を保持する形
態のマウントをさらに具える、請求項21に記載の処理システム。 - 【請求項28】 プロセス空間を画定し、基板をプロセス空間中に保持する
基板サポートを含むプロセス・チャンバと、 プロセス・ガスを前記プロセス空間に導入するガス導入口と、 プロセス空間で、内部に導入されたプロセス・ガスからプラズマを生成する動
作可能なプラズマ源を具え、プラズマ源は、 概ね平坦な表面を有し、プロセス空間に近接するプロセス・チャンバに接する
誘電ウィンドウと、 チャンバの外側に、誘電ウィンドウに近接して位置し、誘電ウィンドウを介し
てプロセス空間へ電気エネルギーを結合させて内部にプラズマを生成する誘導要
素を具え、 誘導要素は、非コイル形式に配列され、誘導要素の中心の周囲に円形パターン
で配設された、複数の反復された導体セグメントを具える、 プラズマにより基板を処理する処理システム。 - 【請求項29】 反復された導体セグメントが、誘導要素の中心から外側に
半径方向に延びるように配設された、請求項28に記載の処理システム。 - 【請求項30】 反復された導体セグメントが、個々のコイルを形成し、コ
イルが誘導要素の中心の周囲に円形パターンで配列された、請求項28に記載の
処理システム。 - 【請求項31】 チャンバが、端壁部と側壁部を具え、反復された導体セグ
メントが、チャンバの端壁部に沿って配向する水平方向セグメントと、チャンバ
の側壁部に沿って配向する垂直方向セグメントを含む、請求項28に記載の処理
システム。 - 【請求項32】 前記プロセス・チャンバが、誘電材料で形成された側壁部
分を有し、さらに、 側壁部分に近接して、電気エネルギーをさらに側壁部分を介してプロセス空間
中に結合する第2の誘導要素を具える、請求項28に記載の処理システム。 - 【請求項33】 前記第2の誘導要素が、チャンバの側壁部分に巻かれたコ
イルを具える、請求項32に記載の処理システム。 - 【請求項34】 第1および第2の誘導要素が、電気エネルギーをプロセス
空間中に結合するため、それぞれ電気エネルギー源に結合され、電気エネルギー
源は、第1および第2の誘導要素を独立してバイアスするため、互いに独立して
作動する、請求項32に記載の処理システム。 - 【請求項35】 前記第2の誘導要素と、プロセス空間との間に配設された
ファラデー・シールドをさらに具える、請求項32に記載の処理システム。 - 【請求項36】 誘導要素と、プロセス空間の間に配設されたファラデー・
シールドをさらに具える、請求項28に記載の処理システム。 - 【請求項37】 誘導要素の反復された導体セグメントが、要素の第1の層
を形成し、誘導要素がさらに、反復された導体セグメントの追加の層を具える、
請求項28に記載の処理システム。 - 【請求項38】 前記の層が、概ね同一の広がりを有する、請求項37に記
載の処理システム。 - 【請求項39】 プロセス・チャンバ中に、ターゲットの材料を保持する形
態のマウントをさらに具える、請求項32に記載の処理システム。 - 【請求項40】 プロセス空間を画定し、基板をプロセス空間中に保持する
基板サポートを含み、誘電材料で形成された側壁部および端壁部を有するプロセ
ス・チャンバと、 プロセス空間で、内部に導入されたプロセス・ガスからプラズマを生成する動
作可能なプラズマ源を具え、プラズマ源は、 チャンバの外側に、誘電ウィンドウに近接して位置し、誘電ウィンドウを介し
てプロセス空間へ電気エネルギーを結合させて内部にプラズマを生成する誘導要
素を具え、 誘導要素は、複数のコイル・ターンを具え、各巻線は、チャンバの側壁部およ
び端壁部の両方を介して、エネルギーをプロセス空間へ同時に結合するため、前
記チャンバの側壁部に沿って配向するそのセグメントと、前記チャンバの端壁部
に沿って配向するそのセグメントとを含む、 プラズマにより基板を処理する処理システム。 - 【請求項41】 前記誘導要素が、コイル・ターンのセットを具え、巻線の
一セットは概ねチャンバの片側に沿って位置し、もう一セットは概ねチャンバの
反対側に沿って配設された、請求項40に記載のプロセス・チャンバ。 - 【請求項42】 チャンバの側壁部に沿って配向するコイル・ターンのセグ
メントが、第1の配向に配向するセクションと、第1の配向から角度をなす第2
の配向に配向するセクションを含む、請求項40に記載の処理システム。 - 【請求項43】 第1の配向が、概ね第2の配向に直角である、請求項42
に記載の処理システム。 - 【請求項44】 前記プロセス・チャンバが、誘電材料で形成した側壁部分
を有し、チャンバの側壁部分が、前記側壁部分と端壁部の下に位置し、 さらに側壁部分を介して電気エネルギーをプロセス空間に結合するため、側壁
部分に近接する第2の誘電要素を具える、請求項40に記載の処理システム。 - 【請求項45】 前記第2の誘電要素が、チャンバの側壁部分に巻かれたコ
イルの形状を有する、請求項44に記載の処理システム。 - 【請求項46】 第1および第2の誘導要素が、電気エネルギーをプロセス
空間中に結合するため、それぞれ電気エネルギー源に結合され、電気エネルギー
源は、第1および第2の誘導要素を独立してバイアスするため、互いに独立して
作動する、請求項44に記載の処理システム。 - 【請求項47】 前記第2の誘導要素と、プロセス空間との間に配設された
ファラデー・シールドをさらに具える、請求項44に記載のシステム。 - 【請求項48】 誘導要素と、プロセス空間の間に配設されたファラデー・
シールドをさらに具える、請求項40に記載のシステム。 - 【請求項49】 プロセス・チャンバ中に、ターゲットの材料を保持する形
態のマウントをさらに具える、請求項40に記載の処理システム。 - 【請求項50】 コイルの長手方向に沿って連続して配設された複数のコイ
ル・ターンを有するコイルを具え、前記コイル・ターンの少なくとも1個は第1
の平面に配向し、前記コイル・ターンの少なくとも1個は第1の平面と角度をな
す第2の平面に配向する導電性要素を具える、 電気エネルギーをプロセス・チャンバ中に結合して、チャンバ内のプロセス・
ガスからプラズマを発生させる要素。 - 【請求項51】 第1の平面に配向するもう1つのコイル・ターンをさらに
具え、第2の平面にあるコイル・ターンが、概ね第1の平面にあるコイル・ター
ンの間に配設された、請求項50に記載の要素。 - 【請求項52】 第1の平面に配向する複数のコイル・ターンをさらに具え
る、請求項50に記載の要素。 - 【請求項53】 複数のコイル・ターンをさらに具え、各巻線が、概ね前記
第2の平面に平行に配向する、請求項50に記載の要素。 - 【請求項54】 第1および第2の平面の間の角度をなす第3の平面に配向
する、少なくとも1個のコイル・ターンをさらに具える、請求項50に記載の要
素。 - 【請求項55】 前記第2の平面が、概ね前記第1の平面に直角である、請
求項50に記載の要素。 - 【請求項56】 複数のコイル・ターンを有するコイルを具え、要素の第1
および第2のコイル・ターンの大部分が、隔離された概ね平行な平面に配向して
、スタックされたコイル・ターンを形成する、 電気エネルギーをプロセス・チャンバ中に結合して、チャンバ内のプロセス・
ガスからプラズマを発生させる要素。 - 【請求項57】 誘導要素が、互いに隣接し定置する複数セットのスタック
されたコイル・ターンを具える、請求項56に記載の要素。 - 【請求項58】 非コイル形式に配列され、誘導要素の中心の周囲に円形パ
ターンで配設された、複数の反復された導体セグメントを具える誘導要素を具え
る、 電気エネルギーをプロセス・チャンバ中に結合して、チャンバ内のプロセス・
ガスからプラズマを発生させる要素。 - 【請求項59】 反復された導体セグメントが、導電要素の中心から半径方
向に外側に延びるように配設された、請求項58に記載された要素。 - 【請求項60】 反復された導体セグメントが個々のコイルを形成し、コイ
ルが誘導要素の中心の周囲に円形パターンで配列された、請求項59に記載され
た要素。 - 【請求項61】 個々のコイルの形状がそれぞれらせん形であり、約1から
1.5のコイル・ターンを含む、請求項59に記載された要素。 - 【請求項62】 導電要素の反復された導体セグメントが、要素の第1の層
を形成し、導電要素がさらに、反復された導体セグメントの追加の層を具える、
請求項58に記載された要素。 - 【請求項63】 層が概ね同一空間に広がる、請求項62に記載された要素
。 - 【請求項64】 複数のコイル・ターンを有するコイルを具え、各ターンが
、チャンバの側壁部と端壁部の両方を介して、電気エネルギーをプロセス空間中
に結合するため、チャンバの側壁部に沿って配設されるように配向するセグメン
トと、同時にチャンバの端壁部に沿って配設されるように配向するセグメントを
含む、導電性要素を具えた、 側壁部および端壁部を有するプロセス・チャンバ中に電気エネルギーを結合す
る、チャンバ中のプロセス・ガスからプラズマを発生させる動作可能な要素。 - 【請求項65】 導電性要素が、コイル・ターンのセットとして配列された
複数のコイル・ターンを具え、ターンの少なくとも1セットが、概ねチャンバの
片側に沿って配向し、他の1セットが、チャンバの他の側に沿って配向する、請
求項64に記載の要素。 - 【請求項66】 チャンバの端壁部に沿って配向するコイル・ターンのセグ
メントが、第1の配向に配向する部分と、第1の配向から角度をなす第2の配向
に配向する部分とを含む、請求項64に記載の要素。 - 【請求項67】 第1の配向が、概ね第2の配向と直交する、請求項66に
記載の要素。
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