JP2004509429A - Plasma reactor with symmetrical parallel conductor coil antenna - Google Patents
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Abstract
本発明は、半導体ワークピースを処理するためのプラズマリアクタにおいて実現される。このリアクタは、側壁と天井を有する真空チャンバ、チャンバ内に一般に天井と向き合うワークピース支持ペデスタル、チャンバへプロセスガスを導入することができるガス入力、及び天上の上にあり、軸対称から少なくともほぼ一様に横に変位しているそれぞれの同軸上のヘリカルソレノイドにおいて天上にほぼ垂直な軸対称の周りに巻かれた第1の複数導体のソレノイド状のインターリーブされた並列導体コイルアンテナを含む。各々のヘリカルソレノイドは、他のヘリカル導体からオフセットされている。他の実施の形態において、アンテナは天上の上にあり、それぞれの同軸上の並んだヘリカルソレノイドにおいて天上にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第1の複数導体を有するソレノイド上のセグメント化された並列導体コイルアンテナである。各々のヘリカルソレノイドは、対称軸に垂直な方向に最も近い他のヘリカルソレノイドから、複数の導体の導体幅の大きさの距離だけオフセットされており、それにより各ヘリカルソレノイドは僅かに異なった直径を有する。The present invention is implemented in a plasma reactor for processing semiconductor workpieces. The reactor is on a vacuum chamber with side walls and a ceiling, a workpiece support pedestal generally facing the ceiling in the chamber, a gas input capable of introducing process gas into the chamber, and a top of the ceiling, at least approximately one from axisymmetric. A first multi-conductor solenoid-like interleaved parallel conductor coil antenna wound about axisymmetric substantially perpendicular to the top of each coaxial helical solenoid displaced laterally. Each helical solenoid is offset from the other helical conductor. In another embodiment, the antenna is on the top and the segmentation on the solenoid having a first plurality of conductors wound about a symmetry axis substantially perpendicular to the top in each coaxial side-by-side helical solenoid. The parallel conductor coil antenna. Each helical solenoid is offset from the other helical solenoid closest to the direction perpendicular to the axis of symmetry by a distance equal to the width of the conductors, so that each helical solenoid has a slightly different diameter. Have.
Description
【0001】
(発明の背景)
半導体のマイクロエレクトロニック回路を製造するために使用されるプラズマリアクタは、処理ガスから形成されるプラズマを維持するためにRF誘導結合された磁界を用いることができる。このようなプラズマは、エッチング及び堆積プロセスを行なうのに有用である。一般に、高周波RFソース電力信号がリアクタチャンバの天井近くにあるコイルアンテナに与えられる。チャンバ内のペデスタル上の半導体ウエハまたはワークピースの支持体は、そこへ与えられるバイアスRF信号を有する。コイルアンテナに供給される信号の電力は、チャンバ内のプラズマイオン密度を主に決定するが、一方、ウエハに与えられるバイアス信号の電力はウエハ表面のイオンエネルギーを決定する。この様なコイルアンテナのもつ1つの問題は、例えばアークのようなプラズマにおいて好ましくない影響を誘発する、アンテナの両端に比較的大きな電圧降下があることである。この影響は、コイルアンテナのリアクタンスが周波数に比例するので、コイルアンテナに与えられるソース電力信号の周波数が増大するに従ってより激しくなる。幾つかのリアクタにおいて、この問題は、周波数を例えば約2MHzの低い範囲に制限することによって解決される。都合の悪いことには、このような低い周波数においては、RF電力のプラズマへの結合は余り効率的でない。10MHz〜20MHzの範囲の周波数で、安定した高い密度のプラズマ放電を達成することはしばしば容易である。低い周波数(例えば、2MHz)で動作する他の欠点は、インピーダンスマッチング回路網としてこれらの素子の要素の大きさは非常に大きく、従って、邪魔であるし、費用もかかる。
【0002】
コイルアンテナの有する他の問題は、アンテナへの効率的な誘導結合は、一般に大きな磁気フラックスの密度を形成するコイルの巻き数を増大することによって達成されることである。これは、コイルの誘導性リアクタンスを増大し、(主にプラズマ抵抗から成る)回路の抵抗が一定のままであるので、回路のQ(回路のリアクタンスと抵抗の比)が増加する。これは、変化するチャンバの状態にわたって、インピーダンスマッチングを維持するこのの不安定性及び困難性を次々に導く。コイルのインダクタンスは非常に大きいので、ストレーキャパシタンスと結合して、自己共振がコイルに与えられたRF信号の周波数の近くで発生した場合に、不安定性が特に起きる。
【0003】
これらの問題は、「Inductively Coupled Plasma Reactor With Symmetrical Parallel Multiple Coils Having A Common RF Terminal:共通のRF端子を有する対称的な並列マルチコイルを有する誘導結合されたプラズマリアクタ」の名称で、Xue−Yu Qian他に与えられ、1999年7月6日に発行された米国特許5,919,389号に記載されているように、外側に多数インターリーブした対称的にスパイラル状に配列された導体を有する誘導性コイルアンテナの発明によって解決されている。アンテナをインターリーブした対称的パターン内で多数の導体に分割することによって、電圧降下が減少される。何故ならば、それがアンテナの複数導体に分割されるからである。従って、ソース電力信号の周波数は、従来のコイルアンテナにおけるように制限されない。この形式のコイルアンテナは、この明細書において、“インターリーブされた”コイルアンテナと呼ばれる。このようなインターリーブされたコイルアンテナは、平坦なパンケーキ形状ばかりでなく、ドーム形状や、側壁の周りに円筒状のスカートを有するドーム形状、またはチャンバの側壁の周りに円筒状のスカートを有する平坦なパンケーキ形状を有するいろいろな構成として開示されている(米国特許5,919,389号)。
【0004】
チャンバの天井の上に置かれているコイルアンテナの1つの制限(従来の形式ばかりでなくインターリーブされた形式も)は、アンテナの隣接する導体間の相互インダクタンスが一般に水平方向にある(一般にRF電力がプラズマに誘導的に結合されなければならない垂直方向に直角である)ことである。これは、プラズマへのパワーデポジションの空間制御を制限する1つの重要なファクターである。本発明の目的は、誘導性結合の空間制御におけるこの制限を克服することである。
【0005】
一般に、内側と外側のコイルアンテナの場合、それらは、物理的に、(それぞれの半径に限られるよりはむしろ)半径方向に、即ち水平に配置されるので、それらの半径方向の位置はそれに従って拡散される。これは、特に水平の真の“パンケーキ”形状である。従って、内側と外側アンテナ間に供給されたRF電力の相対的な配分を変えることによって、プラズマイオン分布の半径方向の分布を変える能力が制限される。この問題は、特に、大きな直径(例えば、300mm)を有する半導体ウエハを処理する場合に重大である。これは、ウエハの大きさが増加するに従って、全体のウエハ表面を横切って均一なプラズマイオン密度を維持することがより困難になるからである。プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる磁界の半径方向の分布を調整することによって容易に整えられる。それはプラズマイオン密度を決定するこの磁界である。従って、ウエハの大きさが増加するに従って、印加されたRF磁界の半径方向の分布を整えるか、または調整する能力が必要である。よって、内側と外側アンテナ間に加えられたRF電力の分布の影響を増大することが必要であり、特に、内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置へ制限することによってこれを達成することが必要である。
【0006】
内側と外側コイルアンテナを使用する場合に遭遇する他の問題は、一般に、外側アンテナが内側アンテナより著しく大きなインダクタンスをもっている(外側の半径の距離が長いため)ので、それらは大きく異なるインピーダンスを有することである。その結果、2つのコイルのインピーダンスは同じでない。この問題は、チャンバの大きさが増加して大きな半導体ウエハを収容するに従ってより深刻である。この問題を取り巻く1つの方法は、内側と外側アンテナを駆動するために、独立したRF電源を使用することである。各々の電源がそれ自体のインピーダンスマッチング回路網を有しているので、内側と外側アンテナ間のインピーダンスの不均衡は問題ではない。しかし、2つの独立した電源を同相に保つことが困難または実際的でないので、それらのRF電流が同相または逆相でなくなるに従って、2つのアンテナによって発生されるRF磁界間の有益及び無益な干渉の発生により、望ましくない影響が発生するという他の問題が起こる。この問題は、本発明の1つの特徴に従って、異なるRF電力レベルをその2つの出力ヘ分配する能力を有する単一の、新規な、二重出力RF電源を用いることによる克服される。しかし、この単一のRF電源の場合、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡は、再び問題である。従って、いずれかの誘導性結合を犠牲にすることなく、内側と外側コイルのインピーダンスの少なくとも均等化を容易にすることが必要である。
【0007】
(発明の概要)
本発明の1つの実施の形態は、半導体ワークピースを処理するためのプラズマリアクタにおいて実現される。このリアクタは、側壁及び天井を有する真空チャンバ、チャンバ内に、一般に天井に面するワークピース支持ペデスタル、プロセスガスをチャンバへ供給することができるガス入口及び天井の上に置かれるソレノイドのインターリーブされた並列導体のコイルアンテナを含み、さらに、軸対称から少なくともほぼ一様に横に変位したそれぞれの同軸ヘリカルソレノイドにおいて天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第1の複数導体を含んでいる。各々のヘリカルソレノイドは、対称軸に平行な方向に他のヘリカルソレノイドからオフセットされている。RFプラズマソース電源が複数導体の両端に接続される。
【0008】
他の実施の形態において、アンテナは、天井の上に置かれ、それぞれの同軸状に並んだヘリカルソレノイドにおいて、天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第1の複数導体を含むソレノイドのセグメント化された並列導体コイルアンテナであり、各々のヘリカルソレノイドは、軸対称に垂直な方向に最も近い他のヘリカルソレノイドから複数導体の約導体幅の距離だけオフセットされており、それによって、各々のヘリカルソレノイドは、僅かに異なった直径を有する。
【0009】
いずれかの実施の形態において、リアクタは、さらに、天井の上に置かれ、第1のソレノイドのインターリーブされた並列導体コイルアンテナによって囲まれ、且つ、それより小さい横方向の大きさを有する内側アンテナを有し、それにより、第1の並列導体コイルアンテナは外側コイルアンテナとなる。1つの形態において、リアクタは、さらに、内側コイルアンテナに接続された第2のRFプラズマソース電源を有し、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのRF電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されるRF磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。しかし、好適な実施の形態においては、RFプラズマソース電源は、差動的に調整することができる電力レベルを有する2つのRF出力を有し、この2つのRF出力の一方は、外側アンテナに接続され、その他方は内側アンテナに接続され、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのRF電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されたRF磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。
【0010】
好ましくは、第1の並列複数導体の数は、第2の並列複数導体の数より大きく、且つ、それに従って、第1の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側のアンテナのそれの少なくとも近づけるように、短くされる。
【0011】
また、内側アンテナが並列導体アンテナであるならば、好ましくは、第1の並列複数導体の数は、第2の並列複数導体の数より大きく、且つ、第1の並列複数導体の長さは、それに従って、第1の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側アンテナの誘導性リアクタンスに少なくとも近づけるように、短くされる。
【0012】
外側アンテナの第1の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、且つ、内側アンテナの第2の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、それにより、内側と外側アンテナは、導体の厚さに相当する幅のそれぞれの狭い環状内に制限され、それにより、供給されたRF磁界の半径方向の分布に関して内側と外側アンテナの差の影響を最大にする。
【0013】
(好適な実施の形態の詳細な説明)
ソレノイドのインターリーブされたコイルアンテナ
図1を参照すると、プラズマへの誘導性結合の効率は、ソレノイドのマルチ導体のインターリーブされたコイルアンテナとしてアンテナ100を構成することによって、増大される。図示された実施の形態において、ソレノイドのアンテナ100は、垂直の真っ直ぐな円筒、または仮想の円筒状表面または位置を規定し、その対称軸は、リアクタの真空チャンバ101の対称軸と一致する。好ましくは、更に、それは処理のために受取られるワークピースの対称軸と一致する。図1において、リアクタチャンバ101は円筒上の側壁105と平坦な天井110によって画定される。ウエハ支持ペデスタル115は、リアクタチャンバ101内に設けられ、チャンバの天井に面して向けられ、チャンバの対称軸にその中心が置かれる。真空ポンプ120がチャンバの排気出口に接続される。プロセスガスの供給源125は、ガス入口130を介してプロセスガスをリアクタチャンバ内部に供給する。プロセスガスは、例えば、ポリシリコンエッチング用のハロゲン化物ガス、二酸化シリコンエッチング用のフルオロカーボンガス、またはシリコンの化学気相堆積プロセス用のシランを含むことができる。または、ガスは、例えば、金属エッチング用の塩素含有ガスを含むことができる。ガスの入り口130は、単一のパイプとして図1に示されているが、しかし実際には、より精巧な構造、例えば多数の入口を介して実現される。
【0014】
アンテナからチャンバへ誘導されるRF電力の影響の下で、これらのガスはワークピースを処理するためのプラズマを支える。実行されるプラズマプロセスは、エッチングばかりでなく、適当な先駆ガスを用いる堆積、例えば化学気相堆積を含むことができる。
【0015】
ペデスタル115は、インピーダンスマッチング回路網140を介してバイアスRF電源145に結合される導電性電極115aを有する。チャンバ側壁105はアルミニウムのような金属であり、一方、天井110はクォーツのような誘電体であることができる。本発明の他の実施の形態においては、天井は平坦でなく、ドーム形状またはコニカル形状であることができる。さらに、天井110は、誘電体以外の半導体であってもよい。天井の半導体材料は、それがアンテナばかりでなく電極からのRF誘導性磁界に対して窓として働くように最適な導電率を有している。この目的のために最適な導電率の決め方は、”Parallel Plate Electrode Plasma Reactor Having An Inductive Antenna Coupling Power Through a Parallel Plate Electrode:平行板電極を介して電力を給電する誘導性アンテナを有する平行板電極プラズマリアクタ”の名称でKenneth S. Collinsに与えられ、2000年6月20日に発行された米国特許第6,077,384号に記載されている。本件の場合、天井100が電極として用いられているが、それは接地される(点線で示されている)か、またはマッチング回路網150を介してRF電源155に接続されることができる(同様に、点線で示されている)。チャンバ及び/またはアンテナは、円筒型状以外の形状を有することができ、たとえば、それは矩形であっても、正方形の断面を有していても良い。ワークピースも円形以外の形状であってもよく、例えば、それらは正方形または他の外形で良い。処理されるべきワークピースは、半導体ウエハでも良いし、またはそれらはマスクレチクルのような他のものであってもよい。
【0016】
インターリーブされたソレノイドコイルアンテナ100は、如何なる数のインターリーブされた導体を含むことができる。図1の実施の形態において、コイルアンテナは、3つのインターリーブされた対称的に配置された導体160、163、166から成っている。アンテナの複数導体は、互いにほぼ平行なそれぞれのヘリカスパスに沿って置いてある。各々のへリックスは、同じ仮想の直立円筒面にしたがって、ソレノイド構成を形成している。図示されているように、ヘリカル導体160、163、166は、垂直方向に互いに一様に離されている。より一般的には、導体は、チャンバのほぼ対称軸の方向に、互いに実質的に一様に離されている。それらの電力の入力タップ160a、163a、166aは、それぞれ、インピーダンスマッチング回路網170を介してRFプラズマソース電源175に接続されている。それらの戻りタップ160b、163b、166bは、それぞれグランドに接続(接地)されている。図示されているように、電力(入力)タップ160a、163a、166aは、好ましくは、仮想円形の同じ水平面にあり、一様な間隔で仮想円形の周囲に沿って配置されていいて、3つの導体の場合、それは120度である。より一般的には、前述された面はチャンバの対称軸を横切っている。同様に、戻りタップ160b、163b、166bは、同一面にあり、一様の間隔で配置されている。この実施の形態において、各々の導体160、163、166のヘリカルパスは、タップ160a、163a、166aが同一平面にあるが、導体間でほぼ一様な軸変位を実現するために軸方向に充分な傾斜を有している。他の実施の形態では、タップは同一面にある必要はない。
【0017】
図1の実施の形態において、各々の導体の電力タップと戻りタップは、軸方向に整列されている(ここでは、チャンバの軸が垂直に向くように示されているので、垂直に整列されている)。例えば、導体160の電力タップ160aと戻りタップ160bは軸方向に整列されている。好ましくは、巻線の接地された端部は、高電位をプラズマに近づけないために、図1に示されるようにチャンバ天井に最も近づけてあり、それにより、アークが起きる傾向及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【0018】
主な利点は、誘導性結合が単一導体以外の複数導体(例えば、3つの導体160、163、166)によってもたらされ、その結果誘導性結合の同じ量に対して、長さの短い導体を用いることができる。この特徴は、各々の導体に沿う電位降下を大きく減少し、容量性結合を有利に減少する。
【0019】
この図示された実施の形態において、アンテナ100は、円筒状のリアクタチャンバの側壁105の対称軸の周りに対称的に配置される。従って、例えば、入力タップ160a、163a、166aは、円筒形の側壁105の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。同様に、アンテナ100の下部にある出力(戻り)タップ100b、163b、166bも円筒形の側壁105の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。さらに、各々の導体160、163、166は、対称軸の回りに互いに実質的に同じ間隔が開けられた実質的に同じ形状であり、また実質的に同じ長さである。好ましくは、それぞれの導体の入力と出力のタップ(例えば、入力と出力のタップ160a、160b)は、互いに垂直に整列されている(即ち、円筒状の側壁105の対称軸に沿っている)。
【0020】
ソレノイドコイルがどうして良好な結合を与えるか
本発明の図示された実施の形態のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントが対称軸の方向にその最も近い隣の導体セグメントから離されているので、アンテナのプラズマへの結合を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合へ寄与する磁力線は軸方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内でプラズマに向かって有効に達する。従って、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向に相互結合を有していて、平坦である設計に比べて増加される。図1の実施の形態において、3つの導体160、136、166は、互いに軸方向に離されているので、最も近い隣の導体間の相互インダクタンスは、一般にチャンバの軸方向にある。
【0021】
多数のインターリーブされた導体を有する内側と外側のソレノイドコイルアンテナ
図2−4は、内側と外側ソレノイドアンテナを有するリアクタの斜視図、上面図及び縦断面図を示し、それぞれのアンテナは、図1に示された形式のインターリーブされた多数の導体を有する。内側ソレノイドドアンテナ210は、2つのインターリーブされた導体215、220(図1に示された3つとは異なる)を有する。しかし、他の実施の形態では、これらのインターリーブされた導体より大きな数の導体が設けられてもよい。電力タップ(端子)215a、220aは、互いに180度の角度離されて配置されており、戻りタップ215b、220bも同様である。図1の実施の形態におけるように、図2のそれぞれの導体215、220の電力及び戻り端子は、垂直に整列されている。他の実施の形態では、それらは軸整列されていなくても良い。また、図1の実施の形態におけるように、図2において、電力タップ215a、220aは軸を横切った上部面にあるが、戻りタップ215b、220bは軸を横切った下部面にある。図示された位置において、これら横切った両方の面は水平である。導体215、220の各々は、充分な傾斜を有してへリックス状に巻かれており、電力タップ215a、220aの180度の角度離間は、図2に示された導体215、220間で軸方向のオフセットを与えるのに充分である。
【0022】
外側アンテナ230は、上部水平面において120度間隔の電力タップ235a、240a、245a及び下部水平面において120度間隔の戻りタップ235b、240b、245bを有する3つのインターリーブされた平行導体235、240、245を有している。プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を容易にするために、内側と外側アンテナ210、230のそれぞれ1つに供給された電力レベルは、別々に又は作動的に調整可能でなければならない。この目的のために、図2はそれぞれのインピーダンスマッチング回路網260、265を介して内側と外側のアンテナ210、230に結合された2つの個別のRF電源250、255を示している。個別の電源を用いる1つの問題は、それらの出力信号が同相及び逆相をさまよう傾向にあることである。代わりに、図4は内側と外側のアンテナ210、230に接続された差動的に調整可能な2つの出力を有する共通のRF電源270を示す。二重出力RF電源270は本明細書の後の方で説明される。その主な利点は、内側と外側のアンテナ210、230に供給される別々に調整可能なRF信号は同相であるが、しかし、それぞれの電力レベルは互いに関して調整することができる。多重コイルアンテナの革新的な設計は、多重コイル間のインピーダンスマッチングとバランス、及び共通電源の使用を容易にする。
【0023】
図4の立断面図は、内側と外側アンテナ210、230の個々の半径方向の形状が如何に天井110の小さな領域にあるかを示しており、残りの領域は、大部分の天井の上に温度制御素子の配置用の充分なスペースを提供している。特に、例えば、温度制御素子は、内側と外側アンテナ210、230の下にない部分の天井110の上面に接触して熱伝導スペーサ286、288を有することができる。内側のスペーサ286は、内側アンテナ210によって囲まれ直立固体円筒であり、一方、外側のスペーサは、内側と外側アンテナ210、230によって囲まれた個体環状体である。冷却板290が熱伝導スペーサ286、288の上面に接して置かれ、冷却板を通して延びる冷却液が循環する冷却路292を有する。さらに、スペーサ286、288は、天井110に面して加熱ランプ294を収容するための中空のスペースを有することもできる。
【0024】
ソレノイドの内側 / 外側アンテナが如何にプラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を増大するか
平坦な(“パンケーキ状”)形式の内側と外側アンテナは、比較的大きな水平の環状体を横切って分布されるようになるので、それらの放射電力のデポジションの“ロケーション”は個々に定義されていない。例えば、内側アンテナの外側巻線のあるものは、外側アンテナの内側巻線の近くにある。従って、内側アンテナの最も外側巻線に流れるこれらのRF電流は、外側アンテナの内側巻線の結合に影響する。同様に、外側アンテナの最も内側の巻線に流れるRF電流は、内側アンテナの外側巻線の結合に影響する。結果として、内側と外側アンテナの位置的効果は拡散され、半径方向の電力分布は、ソレノイドコイルに供給されるRF電力を単に調整することによって容易に制御することができない。これは、それらが、内側と外側アンテナに供給される電力レベル間に与えられた相違に対するRF磁界の半径方向の分布(及び、従って、プラズマイオン密度の半径方向の分布)をシフトすることができる程度減少する。
【0025】
逆に、図2−4に示された実施の形態において、複数導体がほぼ垂直方向に(即ち、より一般的には、チャンバ軸の方向に)互いにオフセットされているソレノイドの内側と外側アンテナ210、230は、薄い導体それ自体の半径方向の幅を超える半径方向の幅を実際にもたない。これは、水平面(即ち、より一般的には、チャンバの軸を横切る面)において、内側と外側アンテナ210、230は、円形のラインが薄い2つの個々の同心円として現れていることを明らかに示している図3の実施の形態において最もよくわかる。従って、例えば、外側アンテナ230に供給されるRF電力の全てが外側アンテナの単一の個々の半径位置からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置で浪費されることがない。内側アンテナ210へ供給されるRF電力の全てが内側アンテナ210の単一の個別半径から放射する点で、内側アンテナについても正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナ210、230の供給された電力レベルにおける相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布におけるシフトとが従来の場合におけるより非常に大きいことが理解される。
【0026】
この特徴は、チャンバのサイズが大きな半導体ウエハのサイズを収容するために上方に向かって大きくされるに従って、大きな利点を提供する。ウエハのサイズが大きくなるに従って、全体のウエハ表面にわたって一様なプラズマイオン密度を維持し、且つウエハ表面にわたってプラズマイオン密度の分布を調整することが困難になる。プラズマイオン密度の半径方向の分布は与えられた誘導磁界の半径方向の分布によって大部分決まる。したがって、プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる誘導磁界の半径方向の分布を調整することによって、容易に形成される。ウエハのサイズが大きくなるにしたがって、供給されるRF誘導磁界の半径方向の分布を形成し又は調整する大きな能力は、前に可能であった以上に必要とされる。この必要性は、(a)内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置に制限することによって、及び(b)このアンテナを複数の対称に配列された導体として設けることによって、内側と外側アンテナ間に与えれたRF電力の配分の効果を増大することによって得られる。これは、いろいろな直径のアンテナの著しく増大されたインピーダンスマッチング、及び電力配分能力に対する基礎を提供するばかりでなく、以下に詳細に説明されるように、電圧降下及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【0027】
内側と外側アンテナのインピーダンスはどのようにマッチングされるか
本明細書において上述されたように、外側アンテナ230の大きな寸法は、内側アンテナ210の導体長より長く、したがって大きな誘導性リアクタンスを示す。これは、リアクタチャンバを横切って一様な電位差を維持することにおいて問題を生じ、もし、共通のRF電源が用いられるならば、インピーダンスのマッチング問題を生じる。本発明の1つの特徴は、外側アンテナと比較して、内側アンテナのインターリーブされたコイルの複数導体の長さ及び数を調整することによって、この問題を解決している。特に、外側導体は、内側導体より大きな数のそれぞれのインターリーブされた導体として与えられる。さらに、外側導体の各々は、比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体長の割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。
【0028】
従って、この問題は、外側アンテナ230における導体の各々のインダクタンス(長さ)を減少することによって、本発明の特徴の1つとして解決される。同時に生じる、外側アンテナ230の全体の誘導性結合の減少を避けるために、それぞれの導体の数は、内側アンテナ210よりも外側アンテナ230において多く設けられる。特に、内側アンテナ210が180度に設けられたタップを有する2つのみの導体を有しているのに対して、外側アンテナ230は、図2−4に示されるように、120度毎に設けられたタップを有す3つの導体を有している。他のアンテナに対してより大きな数の導体は、それぞれの短い導体長を補償するために誘導結合を増大する。更に、短い導体の各々は、同様な、単一の導体アンテナの使用と比較して、非常に減少された電圧降下を示す。
【0029】
第1の一体化された実施の形態
図5は、多数のソレノイドのオーバヘッドアンテナを有する第1の一体化された実施の形態を示し、各々は複数のインターリーブされた導体を有する。内側のソレノイドアンテナ510は、180度間隔で電力タップ515a、520aを有する一対のインターリーブされた導体515、520を有する。外側のソレノイドアンテナ525は、対称軸に関して90度間隔で電力タップ530a、535a、540a、545aを有する4つのインターリーブされた導体530、535、540、545を有する。それぞれのインターリーブされた導体は、設けられたアンテナの残りの導体にほぼ平行である。内側アンテナ510の上にある内側の円形電力バス550は、内側アンテナの電力タップ515a、520aに接続されている。同様に、外側の円形電力バス552は、外側アンテナの電力タップ530a、535a、540a、545aに接続されている。外側アンテナ525の下にあり、90度間隔で設けられた4つのアーム560、562、564、566の組は、それぞれの接地されたタップを円形の接地されたハウジング570に接続する。180度間隔にある互いに反対側にある2つのアーム560、564は、内側アンテナの接地されたタップ515b、520bにそれぞれ接続され、且つ、外側アンテナの接地されたタップ530b、545bに接続されている。残りの2つの反対側にあるアーム562,566は外側アンテナの接地されたタップ535b、545bに接続されている。図5に与えられたアンテナの複数導体の各々の1つに対して、電力タップと接地されたタップは、軸方向に整列している。
【0030】
さらに、双方の内側と外側アンテナの電力及び接地タップは、共直線であり、軸整列している。しかし、それらは整列されている必要がない他の実施の形態が可能である。多数の導体及び対称的な設計は、それぞれのコイル内に及び多数のコイル間で、このような整列されたタップの使用を容易にし、アンテナへのRF電力の入力を非常に簡単にし、また、クロストーク、ストレーリアクタンス、及びプラズマにおける不均一性の可能性を最小にする。
【0031】
セグメント化され、並べられたソレノイド導体
図6A及び図6Bは、複数導体がインターリーブ(例えば、図1に示された形式におけるように)されていない単一のソレノイド導体コイルアンテナを示すが、平行に並べられた導体610、620にセグメント化されており、したがって、それぞれ並べらたセグメント化された導体からなると考えられるソレノイドアンテナを形成する。図6Bの上面図は、チャンバの軸の方向に軸に沿って配置されるか、又は図示されるように垂直配置されるよりは、むしろセグメント化された導体がどのように並べられているかを示す。与えられたアンテナのインターリーブされた実施の形態におけるように、並べられた複数導体が互いに実質的に平行なヘリカル経路に沿って軸の周りに対称的に配列されている。導体610、620の一方が他方よりやや大きなヘリカル半径を有しているので、導体610は内側のセグメントであり、導体620は外側のセグメントである。並べられた導体610、620は、単一のアンテナとして機能する。何故ならば、それらは共に接近した間隔で配置されているからである。例えば、図示された実施の形態では、それらは、導体610、620の厚さの20分の1程度以内の半径方向の距離だけ間隔が開けられている。幾つかの実現例では、この距離は、導体の厚さの30倍程度大きいか、又は導体の厚さのほんの何分の1程度の小ささである。
【0032】
図7Aは、図6A及び図6Bに示された形式の2つのソレノイドのセグメント化され、並べられた複数導体アンテナが、図5の内側と外側アンテナの代わりに内側と外側としてどのように用いられているかを示している。図7Aにおいて、内側アンテナ710は、上部の電力タップ712a、714a及び下部の戻りタップ712b、714bを有する一対の並べられたソレノイド導体712、714から成る。外側アンテナ730は、4つの並べられたソレノイド導体735、740、745、750から成り、各々は、内側アンテナ710の数より少ない数の導体を有している。それらの電力タップ735a、740a、745a、750aは上部にあり、それらの戻りタップ735b、740b、745b、750bは、下部にある。内側と外側アンテナ710、730は、好ましくは、それらの電力レベルが差動的に調整されるように、異なる電力の出力端子へ接続される。これは、以下に説明されるように、別々の電源または別々に又は差動的に調整可能な出力を有する共通電源を用いて達成されることができる。
【0033】
図7Bは、図7Aの実施の形態における変形例を示し、図7Aの実施の形態におけるように平坦とは異なるリアクタチャンバの天井がドーム形状であり、セグメント化されたソレノイドの内側と外側アンテナが図7Bのドーム形状の天井110に沿っている。したがって、内側アンテナ710の各々のソレノイド状コイル712、714及び外側アンテナ730のそれぞれのソレノイド状コイル735、740は、コニカル状のへリックス又はヘリカルなドーム形状に巻かれており、各々の下側巻線712、714、735、740は、コイルの上側巻線より大きな直径を有している。好ましくは、コイル712、714、735、740が巻かれる前のコニカル表面は、図7Bのドーム形状の天井110と一致している。
【0034】
内側と外側の平坦なコイルアンテナのチューニング
図8は、内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナの平坦な形態は、それらのインピーダンスをマッチングに近づけるように、アンテナをチューニングするために如何に変形されるかを示している。図5の実施の形態におけるように、図8の内側アンテナは、2つのインターリーブされた導体815、820を有し、一方、外側アンテナ825は、4つのインターリーブされた導体830、835、840、845を有している。内側アンテナの電力タップ815a、820aは共通に接続され、一方、接地タップ815b、820bは180度の間隔で設けられいる。外側アンテナの電力タップ830a、835a、840a、845aは90度の間隔で設けられ、外側アンテナの接地タップ830b、835b、840b、845bも同様に90度の間隔で設けられている。図5の実施の形態におけるように、図8の内側と外側アンテナはほぼインピーダンスマッチングされている。何故ならば、外側アンテナは、内側アンテナとして個々の導体の2倍多く設けられており、その長さは、外側アンテナの全体の誘導結合を犠牲にすることなくそれらのそれぞれのインダクタンスを減少するように比例して短くされているからである。
【0035】
上述したように、内側と外側の多数導体アンテナ810、825間の良好なインピーダンスマッチングは、双方のアンテナのために共通の電源を用いるために、電力のプラズマへの優れた結合及びより実用的な適用を含む多くの望ましい利点を容易にする。改善されたインピーダンスマッチングの同じ原理が、ソレノイド及び平坦な形状ばかりでなく、インターリーブされ、且つセグメント化されたものを含み、形状に無関係に、それぞれが多数の導体を有する複数のアンテナを含むる誘導性ソースへ適用することができる。
【0036】
ドーム天井を有するソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図9は、天井110がドーム形状であるプラズマリアクタが如何に図5の円筒形ソレノイドの内側と外側アンテナ510、525を有するかを示している。図9において、外側アンテナ525は、ドーム天井の外側部分に載置され、したがって、内側アンテナ510より幾らか低いレベルに設けられている。
【0037】
図10は、図9の変形例を示し、外側アンテナ525は、ドーム形状の天井110の外側部分の傾斜及びほぼ垂直な表面に一致しているアンテナであるように変形されている。
【0038】
図11は、図9の変形例を示し、外側巻線525のソレノイドは、断面がドーム形状の天井110の表面に垂直であるように、逆コニカルの部分形状を有するアンテナであるように変形されている。
【0039】
図12は、図10の変形例を示し、内側アンテナ510がQian他に付与された前述の特許に記載されている形式の平坦なインターリーブされたコイルアンテナ1200によって置き換えられている。
【0040】
図13は、図9の変形例を示し、外側アンテナ525が天井110の上に置かれるよりもチャンバの側壁105を囲むように、チャンバの円筒形の側壁105のレベルに置かれている。
【0041】
平坦な天井に設けられたソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図14は、天井が平坦である図13の変形例を示す。
図15は、図14の変形例を示し、内側アンテナが図12の平坦なインターリーブされた並列導体コイルアンテナ1200である。
【0042】
インターリーブ化とセグメント化の組合せ
図16は、図1を参照して説明したインターリーブ化及び図6aを参照して説明したセグメント化の両方を有する単一のソレノイド状コイルアンテナ1600を示す。図16のアンテナは、2つのインターリーブされた並列導体1610、1620を有する内側のセグメント1605を有する。この内側のセグメント1605は、実質的に図1のインターリーブされたソレノイドコイルの2つの導体の例である。図16のアンテナは、さらに、内側セグメント1605を囲む外側セグメント1630を有する。また、外側のセグメントも、2つのインターリーブされた並列導体1640、1650を有する。外側セグメント1630も図1のインターリーブされたソレノイドコイルの2つの導体の例である。図16における導体のそれぞれの上端は電力タップであり、それらの全てがインピーダンスマッチング回路網1660を介してRF電源1670に接続されている。図16における導体のそれぞれの下端は、グランドに接続される戻りタップである。
【0043】
図17は、外側アンテナ525が図16のアンテナ1600で置き換えられているほかは、図5の実施の形態と同様の本発明の他の実施の形態を示す。図17の内側アンテナ510は、図5を参照して説明したものと同じである。
【0044】
図17は、図16の縦断面図よりアンテナ1600の詳細な図を与える斜視図である。図17は、内側セグメント導体1610の電力及び接地タップ161a、1610bが垂直に整列され、且つ内側セグメントの他の内側アンテナ導体1620の垂直に整列された電力と接地タップ1620a、1620bから180度だけオフセットされていることを示す。同様に、外側セグメントの導体1640の電力と接地タップ1640a、1640bが垂直に整列され、且つ外側セグメントの他の導体1650の垂直に整列された電力と接地タップ1650a、1650bから180度だけオフセットされていることを示す。さらに、内側セグメント1605のタップは、外側セグメント1630のタップに対して90度の位置に配置されている。
【0045】
内側アンテナ510の上にある内側環状電力バス1750は、内側アンテナ510の電力タップの各々にRF電力を供給する。外側アンテナの内側と外側セグメント1605、1630の両方の上にある外側環状電力バス1760は、セグメント1605、1630の電力タップの各々にRF電力を供給する。
【0046】
複数の差動的に調整可能な出力を有するRF電源
少なくとも2つの差動的に調整可能な電力出力を有するRF電源は、この明細書において前述されており、”Inductively Coupled Plasma Source with Controllable Power Deposition”の名称で、Barnes他によって2000年4月6日に出願され、出願中の米国特許出願第09/544,377に記載されている。この記載は、レファレンスによってここに取り込まれる。図18は、二重出力を有するこのような電源の1つの実施の形態を示す。図18において、RF電源1800は、インピーダンスマッチング回路網1815を介して直列キャパシタ1820と可変並列キャパシタ1825に接続されたRF発生器1810を有する。電源1800の第1のRF出力端子1830はマッチング回路網1815と直列キャパシタ1820間に接続され、一方、第2のRF出力端子1840は、直列キャパシタ1820の反対側に接続される。可変並列キャパシタ1825を調整することは、その調整に依存して、多くの電力を一方の出力端子又は他方の出力端子へ配分する。したがって、2つの出力端子における電力レベルは、差動的に調整できる。図18に示されるように、第1の出力端子1830は、内側アンテナに接続され、一方、他方の出力端子1840は図5の外側アンテナに接続される。図19において、端子1830、1840は図7の内側と外側のセグメント化された並列導体アンテナ710、130にそれぞれ接続されている。図20において、出力端子1830、1840は、図8の内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナ810、825にそれぞれ接続されている。より一般的には、図18の二重出力電源は、内側アンテナに接続された端子1830及び外側アンテナに接続された端子1840を有する内側と外側アンテナを有するあらゆるプラズマリアクタで用いられることができる。これは、図9乃至図15を参照して上述した外側と内側アンテナを有するリアクタのそれぞれに当てはまる。
【0047】
電源は、2つより多くのアンテナを有するリアクタと共に使用する2つより多い差動的に調整可能な出力を有することもできる。例えば、図21は、3つのアンテナ、即ち、内側アンテナ2110、中間アンテナ2120、及び外側アンテナ2130を有するリアクタを示す。これら3つのアンテナの各々は、適当なコイルアンテナのいずれの形式、例えば、平坦なまたはソレノイド状の単一導体コイルアンテナ、平坦又はソレノイド状のインターリーブされた並列導体アンテナ、ソレノイド状のセグメント化された並列導体アンテナ、又は前述の形式の異なるものの組合せであってもよい。しかし、図21の実施の形態では、内側アンテナ2110は、図2のソレノイド状のインターリーブした並列導体アンテナであり、中間アンテナ2120は、図16のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ1600である。さらに、外側アンテナ2130は、図16のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ1600の大きな変更である。
【0048】
図22は、3つのプラズマリアクタ、例えば21図の3つのアンテナのあるプラズマリアクタと共に使用する3つの差動的に調整可能な出力端子を有するRF電源を示す。図22のRF電源は、マッチング回路網2215、第1と第2の直列キャパシタ2220、2230、及び第1と第2の可変並列キャパシタ2240、2250を有するRF電力発生器2210を示す。第1の可変並列キャパシタ2240は、第1の直列キャパシタと接地の双方に接続され、また第2の可変並列キャパシタ2250は、第2の直列キャパシタ2230と接地の双方に接続される。第1の出力端子2260は、マッチング回路網2215と第1の直列キャパシタ2220の間に接続される。第2の出力端子2265は、第1の並列キャパシタ2240と第2の直列キャパシタ2230の間に接続される。第3の出力端子2270は、第2の直列キャパシタ2230の他方の側に接続される。好ましくは、第1の出力端子2260は、図21の内側アンテナ2110の電力タップに接続され、第2の出力端子2265は中間アンテナ2110の電力タップに接続され、及び第3の出力端子2270は、外側アンテナ2130の電力タップに接続される。
【0049】
図23は、図22の3端子RF電源の変形を示し、第1の直列及び並列キャパシタ2220、2240は、第2の直列及び並列キャパシタ2230、2250に並列に接続される。
【0050】
実際に、可変並列キャパシタ2240、2250は、供給されたRF磁界またはプラズマイオン密度の所望の半径方向の分布が得られるまで、内側、中間及び外側アンテナへ異なるRF電力レベルを分配するように調整される。得られるべき特定の半径方向の分布は行われているプロセスに依存する。例えば、あるプロセスは一様な分布を必要とする。他のプロセス、例えば、アルミニウムのエッチングは、供給されるRF磁界の適当な不均一な半径方向の分布を選択することによって補償されるウエハ表面にわたって不均一なガスまたはイオン分布を生成する。この選択は、可変並列キャパシタ2230、2250の調整により達成される。
【0051】
図24は、図1の実施の形態の変形を示し、コイル導体160、163、166を含むコイルアンテナ100が図1の実施の形態におけるように円形とは異なって対称軸の周りにある矩形である。この実施の形態は、平坦なパネルディスプレイ等を処理するのにより良く適合される。
【0052】
開示された実施の形態の利点
プラズマリアクタの性能を低下させたこの分野の多くの問題は今解決された。本発明のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントがほぼ軸方向にその最も近い隣にある導体セグメントから置き換えられているので、アンテナの効率を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合に寄与することができる磁力線は、垂直方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内のプラズマへ向かって有利に到達する。したがって、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向で相互結合している平坦である設計に対して増大される。
【0053】
垂直なソレノイドのインターリーブされた複数導体の内側と外側アンテナは、薄い導体自体の幅を超えて殆ど半径方向の幅をもたない。したがって、例えば、外側アンテナへ供給されるRF電力の大部分は、外側アンテナの単一な個々の半径からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置において“浪費”されない。内側アンテナに供給されるRF電極の大部分が内側アンテナの単一の個々の半径から放射する点において内側アンテナについては正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナに関して供給される電力レベルの相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布において従来の場合に可能であるより非常に大きなシフトが実現される。
【0054】
本発明のこの特徴は、非常に大きなウエハ表面にわたって均一な及び/又は調整可能なプラズマイオン分布を与える点において特に有利である。したがって、チャンバサイズは、内側と外側アンテナ構造を用いて、大きな直径のウエハまで容易に大きくできる。更に、非常に大きな数のアンテナ、例えば内側と外側アンテナ間に中間アンテナを用いることによって、非常に大きなものが得られる。
【0055】
内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡の問題は、内側と外側アンテナのインターリーブされたコイルにおける複数導体の長さおよび数を調整することによって克服される。外側アンテナは、内側アンテナより多くの数のインターリーブされた導体にセグメント化される。さらに、外側アンテナの各々の導体は、それに比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体の長さの割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。従って、この問題は、内側アンテナに対して外側アンテナのそれぞれの導体のインダクタンス(長さ)を減少することによって解決される。外側アンテナの全体の誘導性結合における付随の減少を避けるために、内側アンテナより非常に多くの個々の導体が外側アンテナに設けられる。非常に大きな数の個々のアンテナは、外側アンテナの短くされた導体の長さを補償するために誘導性結合を増大する。内側と外側アンテナがマッチングされ、またはほぼマッチングされることについては、両方のアンテナを駆動する共通の電源がインピーダンスマッチングの問題に遭遇することなく用いられることができる。本発明の図示された実施の形態は、プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を可能にする差動的に調整可能な電力レベルを有する多重出力の共通電源を用いる。
【0056】
インターリーブされた複数導体アンテナに変わるものとして、セグメント化された複数導体アンテナは、インターリーブされた導体アンテナの利点を有しており、ソレノイドまたはドーム形状を有する上述したいろいろな形状において実現される。更に、セグメント化された形状は、上述され、図示された実施の形態にしたがってインターリーブされた形状と組合されることができる。
【0057】
上述されたソレノイドのインターリーブされ、セグメント化された導体アンテナは、好ましくは、一方の面(例えば、上部)に共通面の電力タップ、及び他方の面(例えば、下部)に共通面の戻りタップを有する。与えられたアンテナの複数導体のそれぞれ1つに対して、その電力タップと戻りタップが垂直に整列(または、より一般的にはコイルアンテナの軸に沿って整列)されるのが有利であり、したがって、アンテナの形状を有利に簡単化することができる。
【0058】
したがって、第1に、前述の利点の幾つか及び実際には全てが同じプラズマソースにおいて同時に与えられる。
【0059】
本発明は、図示された実施の形態を特に参照することによって詳細に説明されたが、それらの変形や変更は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
単一の、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第1の実施の形態を示す。
【図2】
内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第2の実施の形態の斜視図を示す。
【図3】
内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第2の実施の形態の上面図を示す。
【図4】
内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第2の実施の形態の断面図を示す。
【図5】
内側と外側ソレノイドのインターリーブされた導体コイルアンテナを有する本発明の第1の好適な実施の形態の斜視図を示す。
【図6A】
単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の斜視図を示す。
【図6B】
単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の上面図を示す。
【図7A】
内側と外側ソレノイドのセグメント化された導体アンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図7B】
コイルアンテナがドーム形状と一致する、図7Aの本発明の実施の変形例を示す。
【図8】
外側の平坦なインターリーブされた導体コイルアンテナを含み、その導体の長さが内側コイルアンテナのインピーダンスをほぼマッチングするように同調されている本発明の他の実施の形態を示す。
【図9】
リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの1つの形状を示す。
【図10】
リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図11】
リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図12】
リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図13】
リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの更に他の形状を示す。
【図14】
平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナの1つの形状を示す。
【図15】
平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタト共に、ソレノイドの、インターリーブされた複数導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図16】
単一のソレノイドコイルアンテナにおける複数導体のインターリーブ化とセイグメント化を組合せた本発明の実施の形態を示す。
【図17】
外側アンテナがインターリーブ化とセグメント化された導体を有する図16に示された形式のソレノイドコイルアンテナである、内側と外側コイルアンテナを有する本発明の好適な実施の形態を示す。
【図18】
図5の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された差動調整可能な2つの出力を有する単一電源を示す。
【図19】
図7の内側と外側コイルアンテナに接続された図18の二重出力を有する電源を示す。
【図20】
図8の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された図18の二重出力を有する電源を示す。
【図21】
内側、中間、及び外側のソレノイドの複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図22】
図21のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第1の実施の形態を示す。
【図23】
図21のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第2の実施の形態を示す。
【図24】
コイルアンテナが円形以外の方形である図1の他の実施の形態を示す。[0001]
(Background of the Invention)
Plasma reactors used to fabricate semiconductor microelectronic circuits can use RF inductively coupled magnetic fields to maintain a plasma formed from the process gas. Such a plasma is useful for performing etching and deposition processes. In general, a high frequency RF source power signal is applied to a coil antenna near the ceiling of the reactor chamber. The semiconductor wafer or workpiece support on the pedestal in the chamber has a bias RF signal applied thereto. The power of the signal supplied to the coil antenna mainly determines the plasma ion density in the chamber, while the power of the bias signal applied to the wafer determines the ion energy on the wafer surface. One problem with such coil antennas is that there is a relatively large voltage drop across the antenna that induces undesirable effects in plasmas such as arcs. This effect becomes more severe as the frequency of the source power signal applied to the coil antenna increases because the reactance of the coil antenna is proportional to the frequency. In some reactors, this problem is solved by limiting the frequency to a low range, for example about 2 MHz. Unfortunately, at such low frequencies, the coupling of RF power to the plasma is not very efficient. It is often easy to achieve a stable high density plasma discharge at a frequency in the range of 10 MHz to 20 MHz. Another drawback of operating at low frequencies (eg 2 MHz) is that the elements of these elements as impedance matching networks are very large and therefore bothersome and expensive.
[0002]
Another problem with coil antennas is that efficient inductive coupling to the antenna is generally achieved by increasing the number of turns of the coil forming a high magnetic flux density. This increases the inductive reactance of the coil and increases the circuit Q (ratio of circuit reactance to resistance) because the resistance of the circuit (consisting mainly of plasma resistance) remains constant. This in turn leads to this instability and difficulty of maintaining impedance matching across changing chamber conditions. The inductance of the coil is so great that instability occurs especially when self-resonance occurs near the frequency of the RF signal applied to the coil, coupled with stray capacitance.
[0003]
These problems are: “Inductively Coupled Plasma Reactor With Symmetrical Parallel Multiples coiling A Common RF Terminal: Inductively coupled plasma X u with a symmetrical parallel multi-coil having a common RF terminal” Inductive with symmetrically spirally arranged conductors interleaved on the outside, as described elsewhere in US Pat. No. 5,919,389 issued on Jul. 6, 1999. This is solved by the invention of the coil antenna. By dividing the antenna into multiple conductors in an interleaved symmetrical pattern, the voltage drop is reduced. This is because it is divided into multiple conductors of the antenna. Therefore, the frequency of the source power signal is not limited as in a conventional coil antenna. This type of coil antenna is referred to herein as an “interleaved” coil antenna. Such interleaved coil antennas not only have a flat pancake shape, but also a dome shape, a dome shape with a cylindrical skirt around the sidewall, or a flat with a cylindrical skirt around the sidewall of the chamber Various configurations having a pancake shape are disclosed (US Pat. No. 5,919,389).
[0004]
One limitation of coil antennas placed on the ceiling of the chamber (not only the traditional format but also the interleaved format) is that the mutual inductance between adjacent conductors of the antenna is generally horizontal (typically RF power). Is perpendicular to the vertical direction, which must be inductively coupled to the plasma. This is one important factor that limits the spatial control of power deposition on the plasma. The object of the present invention is to overcome this limitation in the spatial control of inductive coupling.
[0005]
In general, in the case of inner and outer coil antennas, they are physically arranged radially (rather than being limited to their respective radii), i.e. horizontally, so that their radial position is accordingly Diffused. This is a particularly true horizontal “pancake” shape. Thus, changing the relative distribution of RF power supplied between the inner and outer antennas limits the ability to change the radial distribution of the plasma ion distribution. This problem is particularly serious when processing semiconductor wafers having a large diameter (eg, 300 mm). This is because as the wafer size increases, it becomes more difficult to maintain a uniform plasma ion density across the entire wafer surface. The radial distribution of the plasma ion density can be easily adjusted by adjusting the radial distribution of the magnetic field applied from the overhead antenna. It is this magnetic field that determines the plasma ion density. Therefore, there is a need for the ability to trim or adjust the radial distribution of the applied RF magnetic field as the wafer size increases. It is therefore necessary to increase the influence of the distribution of RF power applied between the inner and outer antennas, in particular to limit each of the inner and outer antennas to separate or very narrow radial positions. It is necessary to achieve this.
[0006]
Another problem encountered when using inner and outer coil antennas is that they generally have significantly different impedances because the outer antenna has a significantly larger inductance than the inner antenna (because of the longer outer radius distance). It is. As a result, the impedance of the two coils is not the same. This problem becomes more serious as the chamber size increases to accommodate larger semiconductor wafers. One way around this problem is to use independent RF power sources to drive the inner and outer antennas. Since each power supply has its own impedance matching network, impedance imbalance between the inner and outer antennas is not a problem. However, since it is difficult or impractical to keep the two independent power supplies in phase, beneficial and useless interference between the RF fields generated by the two antennas as their RF currents are no longer in phase or out of phase. Occurrence causes another problem that undesirable effects occur. This problem is overcome according to one aspect of the present invention by using a single, novel, dual output RF power supply that has the ability to distribute different RF power levels to its two outputs. However, with this single RF power supply, the imbalance between the impedances of the inner and outer antennas is again a problem. Therefore, it is necessary to facilitate at least equalization of the impedances of the inner and outer coils without sacrificing any inductive coupling.
[0007]
(Summary of Invention)
One embodiment of the present invention is implemented in a plasma reactor for processing semiconductor workpieces. The reactor is an interleaved vacuum chamber with side walls and a ceiling, a workpiece support pedestal generally facing the ceiling, a gas inlet capable of supplying process gas to the chamber, and a solenoid placed on the ceiling. A coil antenna of parallel conductors, and further comprising a first plurality of conductors wound about a symmetry axis substantially perpendicular to the ceiling in each coaxial helical solenoid displaced laterally at least substantially uniformly from axial symmetry. . Each helical solenoid is offset from the other helical solenoid in a direction parallel to the symmetry axis. An RF plasma source power source is connected to both ends of the plurality of conductors.
[0008]
In another embodiment, the antenna is placed on a ceiling and in each of the coaxially arranged helical solenoids, a solenoid comprising a first plurality of conductors wound about an axis of symmetry substantially perpendicular to the ceiling. A segmented parallel conductor coil antenna, each helical solenoid being offset from the other helical solenoid closest in the direction perpendicular to the axis of symmetry by a distance of about the conductor width of the multiple conductors, thereby Helical solenoids have slightly different diameters.
[0009]
In any embodiment, the reactor is further placed on the ceiling, surrounded by a first solenoid interleaved parallel conductor coil antenna and having an inner antenna with a smaller lateral dimension. So that the first parallel conductor coil antenna becomes the outer coil antenna. In one form, the reactor further comprises a second RF plasma source power source connected to the inner coil antenna so that the respective RF power levels supplied to the inner and outer antennas are the inner and outer antennas. Can be adjusted differentially to control the radial distribution of the RF magnetic field supplied from. However, in a preferred embodiment, the RF plasma source power supply has two RF outputs with power levels that can be differentially adjusted, one of the two RF outputs connected to the outer antenna. The other is connected to the inner antenna, so that the respective RF power levels supplied to the inner and outer antennas are different to control the radial distribution of the RF magnetic field supplied from the inner and outer antennas. It can be adjusted dynamically.
[0010]
Preferably, the number of first parallel multi-conductors is greater than the number of second parallel multi-conductors, and accordingly the length of the first parallel multi-conductor is the inductive reactance of the outer antenna and the inner antenna It will be shortened to at least approach it.
[0011]
Also, if the inner antenna is a parallel conductor antenna, preferably, the number of first parallel multiple conductors is greater than the number of second parallel multiple conductors, and the length of the first parallel multiple conductors is: Accordingly, the length of the first parallel multiple conductors is shortened so that the inductive reactance of the outer antenna is at least close to the inductive reactance of the inner antenna.
[0012]
The lateral displacement of the first multiple conductors of the outer antenna is preferably uniform, and the lateral displacement of the second multiple conductors of the inner antenna is preferably uniform, thereby The inner and outer antennas are confined within each narrow annulus with a width corresponding to the thickness of the conductor, thereby maximizing the effect of the difference between the inner and outer antennas on the radial distribution of the supplied RF field. To do.
[0013]
(Detailed description of preferred embodiments)
Solenoid interleaved coil antenna
Referring to FIG. 1, the efficiency of inductive coupling to the plasma is increased by configuring the
[0014]
Under the influence of RF power induced from the antenna to the chamber, these gases support the plasma for processing the workpiece. The plasma process performed may include not only etching but also deposition using a suitable precursor gas, such as chemical vapor deposition.
[0015]
The
[0016]
Interleaved
[0017]
In the embodiment of FIG. 1, the power and return taps of each conductor are axially aligned (here, since the chamber axis is shown to be vertically oriented, ) For example, the
[0018]
The main advantage is that inductive coupling is provided by multiple conductors other than a single conductor (e.g., three
[0019]
In this illustrated embodiment, the
[0020]
Why solenoid coils give good coupling
The solenoid feature of the illustrated embodiment of the present invention increases the coupling of the antenna to the plasma because each conductor segment is spaced from its nearest neighbor conductor segment in the direction of the axis of symmetry. In this way, the magnetic field lines contributing to the mutual coupling between the conductor segments are axial, so that they effectively reach the plasma in the reactor chamber. Thus, the coupling to the plasma is increased compared to a flat design where the coils have mutual coupling in the direction perpendicular to the chamber axis. In the embodiment of FIG. 1, the three
[0021]
Inner and outer solenoid coil antennas with multiple interleaved conductors
FIGS. 2-4 show a perspective view, top view and longitudinal section of a reactor having inner and outer solenoid antennas, each antenna having a number of interleaved conductors of the type shown in FIG. The inner
[0022]
The
[0023]
The elevational cross section of FIG. 4 shows how the individual radial shapes of the inner and
[0024]
Inside of solenoid / How the outer antenna increases the adjustment of the radial distribution of plasma ion density
Flat (“pancake-like”) type inner and outer antennas will be distributed across a relatively large horizontal annulus, so the “location” of their radiated power deposition is individually defined It has not been. For example, some of the outer windings of the inner antenna are near the inner winding of the outer antenna. Accordingly, these RF currents flowing in the outermost winding of the inner antenna affect the coupling of the inner winding of the outer antenna. Similarly, the RF current flowing in the innermost winding of the outer antenna affects the coupling of the outer winding of the inner antenna. As a result, the positional effects of the inner and outer antennas are diffused and the radial power distribution cannot be easily controlled by simply adjusting the RF power supplied to the solenoid coil. This can shift the radial distribution of the RF field (and hence the radial distribution of the plasma ion density) for the differences provided between the power levels supplied to the inner and outer antennas. Decrease degree.
[0025]
Conversely, in the embodiment shown in FIGS. 2-4, the inner and
[0026]
This feature provides significant advantages as the chamber size is increased upwards to accommodate larger semiconductor wafer sizes. As the size of the wafer increases, it becomes difficult to maintain a uniform plasma ion density across the entire wafer surface and to adjust the distribution of plasma ion density across the wafer surface. The radial distribution of plasma ion density is largely determined by the radial distribution of a given induced magnetic field. Therefore, the radial distribution of the plasma ion density can be easily formed by adjusting the radial distribution of the induced magnetic field provided from the overhead antenna. As the size of the wafer increases, a greater ability to create or adjust the radial distribution of the applied RF induced magnetic field is needed more than previously possible. This need includes (a) limiting each of the inner and outer antennas to separate or very narrow radial positions, and (b) providing this antenna as a plurality of symmetrically arranged conductors. By increasing the effect of the distribution of the RF power applied between the inner and outer antennas. This not only provides a basis for significantly increased impedance matching and power distribution capabilities of various diameter antennas, but also reduces the effects of voltage drops and undesirable capacitive coupling, as described in detail below. Minimize.
[0027]
How the impedances of the inner and outer antennas are matched
As described hereinabove, the large dimension of the
[0028]
Therefore, this problem is solved as one of the features of the present invention by reducing the inductance (length) of each of the conductors in the
[0029]
First integrated embodiment
FIG. 5 shows a first integrated embodiment with multiple solenoidal overhead antennas, each having a plurality of interleaved conductors. The
[0030]
Furthermore, the power and ground taps of both inner and outer antennas are collinear and axially aligned. However, other embodiments are possible where they need not be aligned. Multiple conductors and symmetric designs facilitate the use of such aligned taps within and between multiple coils, greatly simplifying the input of RF power to the antenna, Minimize the possibility of crosstalk, stray reactance, and inhomogeneities in the plasma.
[0031]
Segmented and lined solenoid conductors
6A and 6B show a single solenoid conductor coil antenna in which multiple conductors are not interleaved (eg, as in the form shown in FIG. 1), but segmented into
[0032]
FIG. 7A shows how a segmented and aligned multi-conductor antenna of two solenoids of the type shown in FIGS. 6A and 6B can be used as the inner and outer instead of the inner and outer antennas of FIG. It shows how. In FIG. 7A, the
[0033]
FIG. 7B shows a variation of the embodiment of FIG. 7A, where the reactor chamber ceiling, which is different from the flat as in the embodiment of FIG. 7A, is dome-shaped, and the segmented solenoid inner and outer antennas are It is along the dome-shaped
[0034]
Tuning the inner and outer flat coil antennas
FIG. 8 shows how the flat form of the inner and outer interleaved coil antennas can be modified to tune the antennas to bring their impedances closer to matching. As in the embodiment of FIG. 5, the inner antenna of FIG. 8 has two interleaved conductors 815, 820, while the
[0035]
As noted above, good impedance matching between the inner and outer
[0036]
Solenoid interleaved antenna with dome ceiling
FIG. 9 illustrates how a plasma reactor having a dome-shaped
[0037]
FIG. 10 shows a variation of FIG. 9 in which the
[0038]
FIG. 11 shows a variation of FIG. 9 in which the solenoid of the outer winding 525 is modified to be an antenna having an inverted conical partial shape so that the cross section is perpendicular to the surface of the dome-shaped
[0039]
FIG. 12 shows a variation of FIG. 10 in which the
[0040]
FIG. 13 shows a variation of FIG. 9 that is placed at the level of the
[0041]
Solenoid interleaved antenna on a flat ceiling
FIG. 14 shows a modification of FIG. 13 in which the ceiling is flat.
FIG. 15 shows a modification of FIG. 14, in which the inner antenna is the flat interleaved parallel conductor coil antenna 1200 of FIG.
[0042]
Combining interleaving and segmentation
FIG. 16 shows a single
[0043]
FIG. 17 shows another embodiment of the present invention that is similar to the embodiment of FIG. 5, except that the
[0044]
FIG. 17 is a perspective view giving a detailed view of the
[0045]
An inner annular power bus 1750 above the
[0046]
RF power supply having a plurality of differentially adjustable outputs
An RF power supply having at least two differentially adjustable power outputs is described earlier in this specification and is entitled “Inductively Coupled Plasma Source with Controllable Power Deposition” April 6, 2000 by Barnes et al. And described in pending US patent application Ser. No. 09 / 544,377. This description is hereby incorporated by reference. FIG. 18 shows one embodiment of such a power supply with dual outputs. In FIG. 18, an
[0047]
The power supply can also have more than two differentially adjustable outputs for use with a reactor having more than two antennas. For example, FIG. 21 shows a reactor having three antennas: an
[0048]
FIG. 22 shows an RF power supply having three differentially adjustable output terminals for use with three plasma reactors, eg, a plasma reactor with three antennas of FIG. The RF power source of FIG. 22 shows an
[0049]
FIG. 23 shows a variation of the three-terminal RF power supply of FIG. 22, where the first series and
[0050]
In practice, the variable
[0051]
FIG. 24 shows a variation of the embodiment of FIG. 1, where the
[0052]
Advantages of disclosed embodiments
Many problems in this area that have reduced the performance of plasma reactors have now been solved. The solenoid feature of the present invention increases the efficiency of the antenna because each conductor segment is replaced by its nearest neighbor conductor segment in a substantially axial direction. In this way, the magnetic field lines that can contribute to the mutual coupling between the conductor segments are in the vertical direction, so that they advantageously reach the plasma in the reactor chamber. Thus, the coupling to the plasma is increased for a flat design where the coils are interconnected in a direction perpendicular to the chamber axis.
[0053]
The vertical solenoid interleaved multi-conductor inner and outer antennas have almost no radial width beyond the width of the thin conductor itself. Thus, for example, most of the RF power supplied to the outer antenna radiates into the chamber from a single individual radius of the outer antenna, thus “wasting” at the internal radial position as in the conventional antenna described above. “No. This is true for the inner antenna in that the majority of the RF electrodes supplied to the inner antenna radiate from a single individual radius of the inner antenna. Thus, it is not wasted at the outer radial position. As a result, for a given range of differences in power levels supplied for the inner and outer antennas, a much greater shift in the radial distribution of plasma ion density than is possible in the past is achieved. .
[0054]
This feature of the present invention is particularly advantageous in that it provides a uniform and / or tunable plasma ion distribution over a very large wafer surface. Thus, the chamber size can be easily increased to large diameter wafers using the inner and outer antenna structures. Furthermore, by using a very large number of antennas, for example intermediate antennas between the inner and outer antennas, very large ones can be obtained.
[0055]
The problem of imbalance between the impedances of the inner and outer antennas is overcome by adjusting the length and number of multiple conductors in the interleaved coils of the inner and outer antennas. The outer antenna is segmented into a greater number of interleaved conductors than the inner antenna. Furthermore, each conductor of the outer antenna is proportionally shorter. The number of interleaved conductors between the inner and outer antennas and the ratio of the conductor lengths are sufficient to reduce the imbalance between the impedances of the inner and outer antennas. Therefore, this problem is solved by reducing the inductance (length) of each conductor of the outer antenna relative to the inner antenna. To avoid the concomitant reduction in the overall inductive coupling of the outer antenna, much more individual conductors are provided in the outer antenna than the inner antenna. A very large number of individual antennas increases inductive coupling to compensate for the shortened conductor length of the outer antenna. For the inner and outer antennas to be matched or nearly matched, a common power source that drives both antennas can be used without encountering impedance matching problems. The illustrated embodiment of the present invention uses a multiple output common power supply with a differentially adjustable power level that allows adjustment of the radial distribution of plasma ion density.
[0056]
As an alternative to an interleaved multi-conductor antenna, a segmented multi-conductor antenna has the advantages of an interleaved conductor antenna and can be realized in the various shapes described above having a solenoid or dome shape. Further, the segmented shapes can be combined with the interleaved shapes according to the embodiments described above and illustrated.
[0057]
The solenoid interleaved, segmented conductor antenna described above preferably has a common surface power tap on one side (eg, top) and a common surface return tap on the other side (eg, bottom). Have. Advantageously, for each one of the conductors of a given antenna, its power and return taps are vertically aligned (or more generally aligned along the axis of the coil antenna), Therefore, the shape of the antenna can be advantageously simplified.
[0058]
Thus, first, some and indeed all of the aforementioned advantages are provided simultaneously in the same plasma source.
[0059]
Although the invention has been described in detail with particular reference to the illustrated embodiments, it will be understood that modifications and changes can be made without departing from the true spirit and scope of the invention. It should be.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]
1 shows a first embodiment of the present invention having a single solenoid interleaved multi-conductor coil antenna.
[Figure 2]
FIG. 6 shows a perspective view of a second embodiment of the present invention having a multi-conductor coil antenna with interleaved inner and outer solenoids.
[Fig. 3]
FIG. 5 shows a top view of a second embodiment of the present invention having a multi-conductor coil antenna with interleaved inner and outer solenoids.
[Fig. 4]
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention having a multi-conductor coil antenna with interleaved inner and outer solenoids.
[Figure 5]
1 shows a perspective view of a first preferred embodiment of the present invention having an interleaved conductor coil antenna with inner and outer solenoids. FIG.
FIG. 6A
FIG. 6 shows a perspective view of another embodiment of the present invention having a single solenoid segmented multi-conductor coil antenna.
FIG. 6B
FIG. 6 shows a top view of another embodiment of the present invention having a single solenoid segmented multi-conductor coil antenna.
FIG. 7A
Fig. 4 shows another embodiment of the invention with segmented conductor antennas for inner and outer solenoids.
FIG. 7B
FIG. 7B shows a variation of the implementation of the present invention of FIG. 7A where the coil antenna matches the dome shape.
[Fig. 8]
Fig. 4 shows another embodiment of the invention comprising an outer flat interleaved conductor coil antenna, the length of the conductor being tuned to approximately match the impedance of the inner coil antenna.
FIG. 9
FIG. 5 shows one shape of a solenoid, interleaved conductor coil antenna, with a plasma reactor having a dome shaped ceiling of the reactor chamber.
FIG. 10
Fig. 5 shows another shape of a solenoid, interleaved conductor coil antenna, with a plasma reactor having a dome shaped ceiling of the reactor chamber.
FIG. 11
Fig. 5 shows another shape of a solenoid, interleaved conductor coil antenna, with a plasma reactor having a dome shaped ceiling of the reactor chamber.
FIG.
Fig. 5 shows another shape of a solenoid, interleaved conductor coil antenna, with a plasma reactor having a dome shaped ceiling of the reactor chamber.
FIG. 13
Fig. 5 shows yet another shape of a solenoid, interleaved conductor coil antenna, with a plasma reactor having a dome shaped ceiling of the reactor chamber.
FIG. 14
FIG. 5 shows one configuration of a solenoid interleaved multi-conductor coil antenna with a plasma reactor having a flat chamber ceiling.
FIG. 15
Fig. 6 shows another form of solenoid, interleaved multi-conductor coil antenna, along with a plasma reactor with a flat chamber ceiling.
FIG. 16
An embodiment of the present invention which combines interleaving and segmentation of a plurality of conductors in a single solenoid coil antenna will be described.
FIG. 17
FIG. 17 shows a preferred embodiment of the present invention with inner and outer coil antennas, which are solenoid coil antennas of the type shown in FIG. 16 where the outer antenna has interleaved and segmented conductors.
FIG. 18
FIG. 6 shows a single power supply with two differentially adjustable outputs connected respectively to the inner and outer coil antennas of FIG.
FIG. 19
FIG. 19 shows the power supply having the dual output of FIG. 18 connected to the inner and outer coil antennas of FIG.
FIG. 20
FIG. 19 shows the power supply having the dual output of FIG. 18 connected to the inner and outer coil antennas of FIG. 8, respectively.
FIG. 21
Fig. 4 illustrates another embodiment of the present invention having inner, middle and outer solenoidal multi-conductor coil antennas.
FIG. 22
FIG. 22 illustrates a first embodiment of a power supply having a differentially adjustable triple output for use with the reactor of FIG.
FIG. 23
FIG. 22 illustrates a second embodiment of a power supply having a differentially adjustable triple output for use with the reactor of FIG.
FIG. 24
3 shows another embodiment of FIG. 1 in which the coil antenna is a square other than a circle.
Claims (164)
天井を有し、軸対称を規定する真空チャンバと、
前記チャンバ内のワークピース支持ペデスタルと、
前記天井の少なくとも中間部分上に置かれ、それぞれの同軸ヘリカルソレノイドにおける対称軸の周りに巻かれた第1の複数導体を有する第1のソレノイドのインターリーブされたコイルアンテナと、
を備え、
前記複数導体は、前記対称軸から少なくともほぼ一様に横方向に変位され、前記複数導体は、ほぼ対称軸の方向に互いにオフセットされ、且つ、前記複数導体の各々は、RFソース電源の両端に接続されることを特徴とするプラズマリアクタ。A plasma reactor for use with a supply of RF power to process a workpiece,
A vacuum chamber having a ceiling and defining axial symmetry;
A workpiece support pedestal in the chamber;
A first solenoid interleaved coil antenna placed on at least an intermediate portion of the ceiling and having a first plurality of conductors wound about an axis of symmetry in a respective coaxial helical solenoid;
With
The plurality of conductors are at least substantially uniformly laterally displaced from the symmetry axis, the plurality of conductors are offset from each other in the direction of the symmetry axis, and each of the plurality of conductors is at both ends of the RF source power supply A plasma reactor characterized by being connected.
前記外側コイルアンテナは、対称軸にほぼ垂直な上部外面と下部外面の間にあり、前記外側アンテナの各導体によって規定されたヘリカルソレノイドは、前記上部外面近くの導体の上部点において、又前記下部外面近くの導体の下部点において終端していることを特徴とする請求項18に記載のプラズマリアクタ。The inner coil antenna is between an upper inner surface and a lower inner surface substantially perpendicular to the axis of symmetry, and a helical solenoid defined by each conductor of the inner antenna is at the upper point of the conductor near the upper inner surface and the lower The outer coil antenna terminates at a lower point of the conductor near the inner surface, and the outer coil antenna is between the upper outer surface and the lower outer surface substantially perpendicular to the axis of symmetry, and the helical solenoid defined by each conductor of the outer antenna is 19. The plasma reactor according to claim 18, wherein the plasma reactor terminates at an upper point of the conductor near the upper outer surface and at a lower point of the conductor near the lower outer surface.
前記導体の各々の前記上部点及び下部点は、対称軸に平行な方向に沿って整列されているいることを特徴とする請求項27に記載のプラズマリアクタ。The lower point of the outer antenna is angularly displaced from each other by about 360 / n, where n is the number of conductors of the outer coil antenna, and the lower point of the inner antenna is m of the inner coil The number of conductors of the antenna is angularly displaced from each other by about 360 / n, and the upper and lower points of each of the conductors are aligned along a direction parallel to the axis of symmetry. 28. The plasma reactor according to claim 27, wherein:
前記上部外面に、前記外側アンテナとほぼ同じ半径を有する外側環状RF電力導体バスを有し、前記外側アンテナの前記上部点は、前記外側環状RF電力導体バスに接続されていることを特徴とする請求項28に記載のプラズマリアクタ。And an inner annular RF power conductor bus having substantially the same radius as the inner antenna on the upper inner surface, wherein the upper point of the inner antenna is connected to the inner annular RF power conductor bus, and An outer annular RF power conductor bus having substantially the same radius as the outer antenna is provided on an upper outer surface, and the upper point of the outer antenna is connected to the outer annular RF power conductor bus. Item 29. The plasma reactor according to Item 28.
天井を有し、対称軸を規定する真空チャンバと、
前記チャンバ内にあるワークピース支持ペデスタルと、
天井の上にあり、それぞれ同軸状に並んだヘリカルソレノイドにおいて対称軸の周りに巻かれた第1の複数導体を有する第1のソレノイドのセグメント化されたコイルアンテナと、
を有し、
各々のヘリカルソレノイドの導体は、前記対称軸の横切る方向に最も近くの他のヘリカルソレノイドの導体から前記複数導体の約導体幅の大きさの距離だけオフセットされており、前記導体の各々は、前記RFソース電源の両端に接続するのに適合されることを特徴とするプラズマリアクタ。A plasma reactor having an RF source power supply for processing a workpiece,
A vacuum chamber having a ceiling and defining an axis of symmetry;
A workpiece support pedestal in the chamber;
A segmented coil antenna of a first solenoid having a first plurality of conductors wound around an axis of symmetry in a helical solenoid each above a ceiling and coaxially arranged;
Have
Each of the helical solenoid conductors is offset from the other helical solenoid conductor nearest the transverse direction of the symmetry axis by a distance of approximately the conductor width of the plurality of conductors, each of the conductors being A plasma reactor adapted to connect to both ends of an RF source power supply.
前記外側コイルアンテナは前記対称軸にほぼ垂直な上部外面と下部外面間にあり、前記外側アンテナの各導体によって規定されたヘリカルソレノイドは前記上部外面の近くにある導体の上部点及び前記下部外面近くにある導体の下部点において終端されていることを特徴とする請求項56に記載のプラズマリアクタ。The inner coil antenna is between an upper inner surface and a lower inner surface that are substantially perpendicular to the axis of symmetry, and a helical solenoid defined by each conductor of the inner antenna includes an upper point and a lower portion of a conductor near the upper inner surface. Terminated at the lower point of the conductor near the inner surface, and the outer coil antenna is between the upper outer surface and the lower outer surface substantially perpendicular to the symmetry axis, and the helical solenoid defined by each conductor of the outer antenna is 57. The plasma reactor according to claim 56, terminated at an upper point of a conductor near the upper outer surface and at a lower point of the conductor near the lower outer surface.
前記内側アンテナの前記上部点は、mが外側コイルアンテナの前記複数導体の数である場合、約360/mだけ互いに角度的に変位されていることを特徴とする請求項64に記載のプラズマリアクタ。The upper points of the outer antenna are angularly displaced from each other by about 360 / n, where n is the number of the plurality of conductors of the outer coil antenna; and
65. The plasma reactor of claim 64, wherein the upper points of the inner antenna are angularly displaced from each other by about 360 / m, where m is the number of the multiple conductors of the outer coil antenna. .
前記内側アンテナの前記下部点は、mが外側コイルアンテナの前記複数導体の数である場合、約360/mだけ互いに角度的に変位されており、且つ
前記導体の各々の上部点及び下部点は、対称軸に平行な方向に沿って整列していることを特徴とする請求項65に記載のプラズマリアクタ。The lower points of the outer antenna are angularly displaced from each other by about 360 / n, where n is the number of the conductors of the outer coil antenna;
The lower points of the inner antenna are angularly displaced from each other by about 360 / m, where m is the number of conductors of the outer coil antenna, and the upper and lower points of each of the conductors are 66. The plasma reactor according to claim 65, wherein the plasma reactor is aligned along a direction parallel to the axis of symmetry.
前記上部外面にあり、前記外側アンテナの半径とほぼ同じ半径を有する外側環状RF電力導体バスを有し、前記外側アンテナの前記上部点は、前記外側環状RF電力導体バスに接続されていることを特徴とする請求項66に記載のプラズマリアクタ。And further comprising an inner annular RF power conductor bus on the upper inner surface and having a radius substantially the same as the radius of the inner antenna, wherein the upper point of the inner antenna is connected to the inner annular RF power conductor bus. And an outer annular RF power conductor bus on the upper outer surface and having a radius substantially the same as the radius of the outer antenna, wherein the upper point of the outer antenna is connected to the outer annular RF power conductor bus. The plasma reactor according to claim 66.
天井を有し、対称軸を規定する真空チャンバと、
チャンバ内のワークピース支持ペデスタルと、
前記チャンバに隣接する、前記軸の周りに対称的に巻かれた第1の複数導体を有する外側コイルアンテナと、
前記チャンバに隣接する、前記軸の周りに対称的に巻かれた第2の複数導体を有する内側コイルアンテナと、
を備え、
前記第1の複数導体の数は、前記第2の複数導体の数より大きいことを特徴とするプラズマリアクタ。A plasma reactor for processing a workpiece,
A vacuum chamber having a ceiling and defining an axis of symmetry;
A workpiece support pedestal in the chamber;
An outer coil antenna having a first plurality of conductors symmetrically wound about the axis adjacent to the chamber;
An inner coil antenna having a second plurality of conductors symmetrically wound about the axis adjacent to the chamber;
With
The number of said 1st multiple conductors is larger than the number of said 2nd multiple conductors, The plasma reactor characterized by the above-mentioned.
出力端子と戻り端子を有するRF電力発生器と、
直列キャパシタと、
前記RF電力発生器の出力端子と前記直列キャパシタの一方の側間に接続されたインピーダンスマッチング素子と、
前記直列キャパシタの他方の側及び前記戻り端子間に接続された可変並列キャパシタと、
前記インピーダンスマッチング素子と前記直列キャパシタ間の接続点に接続された第1の出力ノードと、
前記直列キャパシタと前記可変並列キャパシタ間の接続点に接続された第2の出力ノードと、
を有することを特徴とする請求項85に記載のプラズマリアクタ。The RF plasma source power supply is
An RF power generator having an output terminal and a return terminal;
A series capacitor;
An impedance matching element connected between the output terminal of the RF power generator and one side of the series capacitor;
A variable parallel capacitor connected between the other side of the series capacitor and the return terminal;
A first output node connected to a connection point between the impedance matching element and the series capacitor;
A second output node connected to a connection point between the series capacitor and the variable parallel capacitor;
The plasma reactor according to claim 85, wherein:
出力端子と戻り端子を有するRF電力発生器と、
第1の直列キャパシタと、
前記RF電力発生器の出力端子と前記直列キャパシタの一方の側間に接続されたインピーダンスマッチング素子と、
前記直列キャパシタの他方の側及び前記戻り端子間に接続された第1の可変並列キャパシタと、
前記第1の直列キャパシタと前記第1の並列キャパシタ間の接続点に接続された一方の側を有する第2の直列キャパシタと、
前記第2の直列キャパシタの他方の側と前記RF戻り端子間に接続された第2の可変並列キャパシタと、
前記インピーダンスマッチング素子と前記第1の直列キャパシタ間の接続点に接続された第1の出力ノードと、
前記第1の直列キャパシタと前記第1の可変並列キャパシタ間の接続点に接続された第2の出力ノードと、
前記第2の直列キャパシタと前記第2の可変並列キャパシタ間の接続点に接続された第3の出力ノードと、
を有することを特徴とする請求項85に記載のプラズマリアクタ。The RF plasma source power supply is
An RF power generator having an output terminal and a return terminal;
A first series capacitor;
An impedance matching element connected between the output terminal of the RF power generator and one side of the series capacitor;
A first variable parallel capacitor connected between the other side of the series capacitor and the return terminal;
A second series capacitor having one side connected to a connection point between the first series capacitor and the first parallel capacitor;
A second variable parallel capacitor connected between the other side of the second series capacitor and the RF return terminal;
A first output node connected to a connection point between the impedance matching element and the first series capacitor;
A second output node connected to a connection point between the first series capacitor and the first variable parallel capacitor;
A third output node connected to a connection point between the second series capacitor and the second variable parallel capacitor;
The plasma reactor according to claim 85, wherein:
複数の並列のセグメント化された導体を有し、その各々は第1の端部と第2の端部を有し、前記第1の端部は第1の共通のRF電位に接続されるために適合され、前記第2の端部は第2の共通のRF電位に接続されるために適合され、前記複数導体の各々は、共通の対称軸の周りに巻かれ、前記第2の端部の各々は、互いに前記軸から実質的に等しく間隔が開けられていることを特徴とするアンテナ。A coil antenna for radiating RF power to a vacuum chamber,
A plurality of parallel segmented conductors, each having a first end and a second end, wherein the first end is connected to a first common RF potential; And wherein the second end is adapted to be connected to a second common RF potential, each of the plurality of conductors being wound around a common axis of symmetry and the second end Each of which is substantially equally spaced from the axis.
複数の並列のセグメント化された導体を有し、その各々は第1の共通領域に位置した第1の端部と第2の共通領域に位置した第2の端部とを有し、その各々は両方の領域を通る共通の軸の周りに巻かれ、前記領域は前記軸と同軸状であり、前記導体は実質的に同じ長さ、実質的に同じ形状であり、且つ、前記共通軸の周りに互いに実質的に一様に間隔が開けられていることを特徴とするアンテナ。An antenna for radiating RF power to a vacuum chamber,
A plurality of parallel segmented conductors, each having a first end located in the first common region and a second end located in the second common region, each of which Is wound around a common axis through both regions, the region is coaxial with the axis, the conductors are substantially the same length, substantially the same shape, and the common axis An antenna characterized in that it is spaced substantially uniformly around each other.
複数の並列のセグメント化された導体を有し、その各々は第1の共通領域に位置した第1の端部と第2の共通領域に位置した第2の端部とを有し、その各々は両方の領域を通る共通の軸の周りに巻かれ、前記領域は前記軸と同軸状であり、前記導体は実質的に同じ長さ、実質的に同じ形状であり、且つ、前記共通軸の周りに互いに実質的に一様に間隔が開けられていることを特徴とするアンテナ。An antenna for radiating RF power to a vacuum chamber,
A plurality of parallel segmented conductors, each having a first end located in the first common region and a second end located in the second common region, each of which Is wound around a common axis through both regions, the region is coaxial with the axis, the conductors are substantially the same length, substantially the same shape, and the common axis An antenna characterized in that it is spaced substantially uniformly around each other.
天井を有し、対称軸を規定する真空チャンバと、
前記チャンバ内にあるワークピース支持ペデスタルと、
天井の周辺領域上にある外側コイルアンテナと、
天井の内側領域上にある内側コイルアンテナと、
を備え、
前記外側コイルアンテナは、それぞれ同軸ヘリカルソレノイドの前記軸の周りに巻かれた第1の複数導体を有し、その各々はRF電力を受けるように適合されており、且つ
前記内側コイルアンテナは、それぞれ同軸ヘリカルソレノイドの前記軸の周りに巻かれた第2の複数導体を有し、その各々はRF電力を受けるように適合されていることを特徴とするプラズマリアクタ。An RF plasma reactor for processing a workpiece, comprising:
A vacuum chamber having a ceiling and defining an axis of symmetry;
A workpiece support pedestal in the chamber;
An outer coil antenna on the peripheral area of the ceiling;
An inner coil antenna on the inner area of the ceiling;
With
The outer coil antennas each have a first plurality of conductors wound around the axis of a coaxial helical solenoid, each of which is adapted to receive RF power, and the inner coil antennas are respectively A plasma reactor comprising a second plurality of conductors wound about said axis of a coaxial helical solenoid, each of which is adapted to receive RF power.
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