JP2008516461A - プラズマチャンバでの均一なプラズマ形成のためのプラズマソース - Google Patents

プラズマチャンバでの均一なプラズマ形成のためのプラズマソース Download PDF

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Abstract

【課題】半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、中心から縁に至るまで放射方向への磁界偏差が発生しないようにし、中心と縁でのCDの調節と均一なエッチング率の獲得を容易にする。
【解決手段】反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個のソースコイルと、を備える構成とした。
【選択図】図3

Description

本発明は、プラズマチャンバに係り、より詳細には、プラズマチャンバでの均一なプラズマ形成のためのプラズマソースに関する。
超高集積(ULSI)回路素子の製造技術は、過去20数年間目覚ましい発展を遂げてきた。これは、極限の技術が要求される工程技術を後押しする半導体製造設備の発展に負うところが大きい。これらの半導体製造設備の一つであるプラズマチャンバは、主に使用されてきたエッチング工程の他、デポジッション工程などでも使用される等、その適用範囲を益々広げている。
プラズマチャンバは、その内部にプラズマを形成させ、このプラズマを用いてエッチング、デポジッションなどの工程を行う半導体製造設備である。このようなプラズマチャンバは、プラズマ発生ソースによって、電子サイクロトロン共振(ECR)プラズマソース、ヘリコン波励起プラズマ(HWEP)ソース、容量性結合プラズマ(CCP)ソース、誘導性結合プラズマ(ICP)ソース等、様々な形態に分類される。最近では、容量性結合プラズマソースと誘導性結合プラズマソースの利点を全て活かす適応型プラズマ(AP)ソースが提案された。
図1は、従来のプラズマソースを備えるプラズマチャンバを概略的に示す断面図であり、図2は、図1のプラズマソースを示す平面図である。
図1及び図2を参照すると、プラズマチャンバ100は、チャンバ外壁102とドーム112によって一定大きさに限定される内部の反応空間104を有する。この反応空間104の一定領域では、一定条件下でプラズマ110が形成される。同図では、まるでプラズマチャンバ100の下部で反応空間104が開放されたかのように示されているが、これは、図示の簡略化のためのもので、実際にはプラズマチャンバ100の下部も外部と遮断されているため、プラズマチャンバ100の内部は真空状態を維持できる。プラズマチャンバ100の下部には、ウエハ受け台106が配置され、処理すべき半導体ウエハ108がウエハ受け台106の上部面の上に安置される。ウエハ受け台106は、外部のRF電源116と接続される。図示してはいないが、ウエハ受け台106内にはヒータが配置されても良い。
ドーム112の外側表面には、プラズマ110の形成のためのプラズマソース200が配置される。このプラズマソース200は、図2に示すように、複数個、例えば、4個の第1乃至第4単位コイル131,132,133,134と、ブシング120とを備えて構成される。具体的に、ブシング120が中心に配置され、第1乃至第4単位コイル131,132,133,134がブシング120から延びてブシング120の外周を螺旋状に巻く。ここでは4個の単位コイルが例示されたが、4個に限定されず、より少なくしても多くしても良いことは当然である。ブシング120の中央には、ブシング120の上部面から垂直方向に突出する支持棒140が配置される。支持棒140は、RF電源114の一端子に接続される。RF電源114の他端子は接地される。RF電源114からのパワーは、支持棒140及びブシング120を通ってそれぞれ第1乃至第4単位コイル131,132,133,134に供給される。
このような従来のプラズマソース200は、ブシング120から延びてブシング120の外周を取り囲む円形の構造を持つ。このような円形の構造から、下記の数学式1によって示される強度の磁界を形成する。
Figure 2008516461
上記の数学式1において、Bは磁束密度を、∇はデル演算子を、Eは電界の強度を表す。
このようなマクスウェル方程式による磁界の形成は、円形構造の大部分のプラズマソースに適用されるが、このようなプラズマソースは、中心から縁部に至るまで径方向への磁界偏差が発生し、その結果、特に中心と縁部でのCD(限界寸法)の調節と均一なエッチング率の獲得が困難であるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、その目的は、方位角の電界分布及び放射状の電界分布がいずれも対称となるようにすることによって、プラズマチャンバ内で均一なプラズマ分布が形成されるようにするプラズマソースを提供することにある。
本発明の一実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個のソースコイルと、を備えることを特徴とする。
前記複数コイルは、相互対称に配置されることが好ましい。
前記各複数コイルは、前記ブシングと連結される部分から縁に至るまで厚さが一定でなくても良い。
前記反応チャンバの上部縁で前記ブシングと一定間隔を維持しながら前記ブシングを取り囲み、前記複数個の単位コイルを全て連結するように円形に配置される縁部ソースコイルをさらに備えることができる。
この場合、前記ブシングと前記縁部ソースコイルとの間で前記ブシングと一定間隔を維持しながら前記ブシングを取り囲む円形に配置され、前記複数個の単位コイルを全て連結する中間ソースコイルを少なくとも1つさらに備えても良い。
本発明の他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングを取り囲む第1領域内で前記ブシングから延びて前記第1領域の縁に至るまで径方向に沿って配置され、上部に向かって曲がる形状にされる複数個の第1ソースコイルと、前記第1領域を取り囲む第2領域内で前記第1ソースコイルから延びて前記第2領域の縁に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個のソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中心点から前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個のソースコイルと、前記反応チャンバの上部縁で前記複数個のソースコイルの端部を全て連結する円形の縁部ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本実施例において、前記縁部ソースコイル内で前記縁部ソースコイルと一定の距離を維持しながら円形に配置されて前記ソースコイルを全て連結する中間ソースコイルを少なくとも1つさらに備えることが好ましい。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置され、相対的に広い面積を持ちながら下部に配置される第1部分と、前記第1部分の上部面で相対的に狭い面積を持つ第2部分とからなる導電性材質のブシングと、前記ブシングの第1部分から延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個のソースコイルと、前記反応チャンバの上部縁で前記ソースコイルの端部を全て連結する円形の縁部ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
前記ブシングの第1部分は、底から前記第2部分と接する部分に向かって面積が次第に減少することが好ましい。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングを取り囲む少なくとも1つの中間ソースコイルと、前記ブシングから延びて前記中間ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の第1線状ソースコイルと、前記中間ソースコイルを取り囲む縁部ソースコイルと、前記第1線状ソースコイルから延びて前記縁部ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の第2線状ソースコイルとを備えてなり、前記中間ソースコイル及び第1線状ソースコイルと、前記縁部ソースコイル及び第2線状ソースコイルとの材質が異なることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングを取り囲む縁部ソースコイルと、前記ブシングから延びて前記縁部ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の線状ソースコイルを備えてなり、前記ブシングの材質と、前記縁部ソースコイル及び線状ソースコイルとの材質が異なることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングから延び、前記ブシングと第1間隔で離れて前記ブシングを取り囲む第1領域に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1ソースコイルと、前記第1ソースコイルから延び、前記第1領域と第2間隔で離れて前記第1領域を取り囲む第2領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置されて、前記反応チャンバと相対的に遠く離れて配置される上部面と、前記反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面を持つ柱状の導電性ブシングと、前
記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の上部ソースコイルと、前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の下部ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本実施例において、前記ブシングの上部面と同平面上で、前記上部ソースコイルの端部を連結する上部縁部ソースコイルと、前記ブシングの下部面と同平面上で、前記下部ソースコイルの端部を連結する下部縁部ソースコイルと、前記上部縁部ソースコイルと前記下部縁部ソースコイルとを垂直方向に連結する垂直ソースコイルと、をさらに備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置されて、前記反応チャンバと相対的に遠く離れて配置される上部面と、前記反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面とを持つ柱状の導電性ブシングと、前記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の上部ソースコイルと、前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の下部ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本実施例において、前記ブシングの上部面と同平面上で、前記上部ソースコイルの端部を全て連結するように円形に配置される上縁部ソースコイルと、前記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングと前記上縁部ソースコイルとの間に配置される少なくとも1つの中間上部ソースコイルと、前記ブシングの下部面と同平面上で、前記下部ソースコイルの端部を全て連結するように円形に配置される下縁部ソースコイルと、前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングと前記下縁部ソースコイルとの間に配置される少なくとも1つの中間下部ソースコイルと、前記上縁部ソースコイル及び前記下縁部ソースコイルを垂直方向に相互連結する垂直ソースコイルと、をさらに備えることが好ましい。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、前記反応チャンバから相対的に遠く離れた上部平面上に配置される導電性の上部ブシングと、前記上部ブシングから延び、前記上部ブシングから第1間隔で離れた第1領域に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1上部ソースコイルと、前記上部平面上で前記第1上部ソースコイルから延び、前記第1領域と第2間隔で離れて前記第1領域を取り囲む第2領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2上部ソースコイルと、前記上部平面上で前記第2上部ソースコイルの端部を相互連結する上縁部ソースコイルと、前記反応チャンバと相対的に近くに位置する下部平面上に配置される導電性の下部ブシングと、前記下部ブシングから延び、前記下部ブシングから第3間隔で離れた第3領域に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1下部ソースコイルと、前記下部平面上で前記第1下部ソースコイルから延び、前記第3領域と第4間隔で離れて前記第3領域を取り囲む第4領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2下部ソースコイルと、前記下部平面上で前記第2下部ソースコイルの端部を相互連結する下縁部ソースコイルと、前記上縁部ソースコイル及び前記下縁部ソースコイルを垂直方向に相互連結する垂直ソースコイルと、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、プラズマチャンバの上部に配置されて前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、中央に配置されるブシングと、前記ブシングから放射方向にストライプ型に長く配置される複数個の導電体と、を備えることを特徴とする。
前記導電体は、相互対称に配置されることが好ましい。
前記ブシングは、導電性材質からなることが好ましい。
前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に増加することが好ましい。
前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に減少することが好ましい。
本発明のさらに他の実施例に係るプラズマソースは、プラズマチャンバの上部に配置されて前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースであって、中央に配置されるブシングと、前記ブシングから放射方向に長く曲がったストライプ型に配置される複数個の導電体と、を備えることを特徴とする。
前記導電体は、相互対称に配置されることが好ましい。
前記ブシングは、導電性材質からなることが好ましい。
前記導電体は、S字形またはW字形の形状を持つことが好ましい。
前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に増加することが好ましい。
前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に減少することが好ましい。
本発明によるプラズマソースは、非円形構造、すなわち、線状構造のソースコイルを備えるため、中心から縁に至るまで径方向への磁界偏差が発生しないようにすることができ、その結果、中心と縁でのCD(限界寸法)の調節と均一なエッチング率の獲得が容易になる。また、中央のブシングから放射方向に延在する導電体が、ストライプ型(ライン型)に配置される、または、曲がったストライプ型(ライン型)に配置されるため、円形に誘起される磁界が形成され、これにより、方位角の電界分布及び放射状の電界分布を均一にすることができ、結果として方位角の均一な電界分布及び放射状の均一な電界分布によって向上した選択比及び均一なCD分布を得ることができる。
図3は、本発明の第1実施例によるプラズマソースを示す平面図であり、図4は、図3のプラズマソースを切断して示す断面図である。
図3及び図4を参照すると、本発明の第1実施例によるプラズマソース210は、ブシング211と、中間ソースコイル213、縁部ソースコイル214、及び複数個の線状ソースコイル212で構成される。ブシング211は導電性材質からなり、図示してはいないが、反応チャンバの上部中央に配置される。ブシング211の中央には、突出部211−1が配置され、外部のRF電源(図示せず)からのRFパワーをブシング211に伝達する。線状ソースコイル212は、ブシング211の外周から延びて反応チャンバの上部縁に至るまで線状に配置される。ブシング211と線状ソースコイル212が電気的に相互接続されているので、ブシング211を通って伝達されるRFパワーは、線状ソースコイル212にも伝達される。線状ソースコイル212は、相互対称に配置されるが、場合によって、すなわち、プラズマの分布変化のためには対称にしなくても良い。縁部ソースコイル214は、反応チャンバの上部縁でブシング211と一定間隔を維持しながらブシング211を取り囲むように配置される。この縁部ソースコイル214は、放射ソースコイル212の端部を全て連結し、このため、円形に配置されるのが一般的である。そして、中間ソースコイル213は、ブシング211と縁部ソースコイル214との間に配置され、縁部ソースコイル214と同様に、ブシング211と一定間隔を維持しながらブシング211を取り囲む円形に配置される。この中間ソースコイル213も同様に、線状単位コイル212を全て連結する。したがって、線状単位コイル212は中間ソースコイル213によって連結されると同時に、縁部ソースコイル212によって連結される。
このような本実施例によるプラズマソース210は、ブシング211から延びて縁部に至るまで線状の構造を持つ線状ソースコイル212を備える。このような線状の構造によって下記の数学式2による磁界の強度が形成される。
Figure 2008516461
上記数学式2で、Bは磁束密度を、・O は透磁率を、Iは電流を、rは単位ベクトルを、Rは距離をそれぞれ表す。
このような線状構造による磁界の形成は、中心から縁に至るまで径方向への磁界偏差の発生を防止することができ、その結果、中心と縁でのCD(限界寸法)の調節と均一なエッチング率の獲得が容易となる。
図5は、本発明の第2実施例によるプラズマソースを示す平面図であり、図6は、図5のプラズマソースを切断して示す断面図である。
図5及び図6を参照すると、本発明の第2実施例によるプラズマソース220は、ブシング221と、第1ソースコイル222,223,224と、第2ソースコイル225,226,227と、縁部ソースコイル228とから構成される。ブシング221は、反応チャンバの上部中央に配置される。本実施例によるプラズマソース220においても、ブシング222は導電性材質からなり、これは、以降の他の実施例においても同様に適用される。第1ソースコイル222,223,224は、ブシング221を取り囲む円形の第1領域A内に配置され、第2ソースコイル225,226,227は、第1領域Aとこの第1領域Aを取り囲む円形の縁部ソースコイル228との間に配置される。具体的に、第1ソースコイル222,223,224は、第1領域A内においてブシング221から延びて第1領域Aに至るまで径方向に配置され、また、上部に向かって曲がる形状とされる。第2ソースコイル225,226,227は、第1領域Aと縁部ソースコイル228との間で第1ソースコイル222,223,224から延びて縁部ソースコイル228に至るまで螺旋状に配置される。縁部ソースコイル228は、第2ソースコイル225,226,227の端部を全て連結する。
このような本実施例によるプラズマソース220も、ブシング221から延びて第1領域Aに至るまで線状の構造を持つ第1ソースコイル222,223,224を備え、このような線状の構造によって上記数学式2による磁界の強度が形成される。このような線状の構造による磁界の形成は、中心から少なくとも第1領域Aに至るまでは径方向への磁界偏差が発生しないようにすることができ、その結果、第1領域Aの大きさを調節することによって中心と縁間の一定領域でのCD(限界寸法)の調節と均一なエッチング率の獲得が容易になる。
図7は、本発明の第3実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図7を参照すると、本発明の第3実施例によるプラズマソース230は、ブシング231を持つバー形状のソースコイル232を備えてなる。具体的に、反応チャンバの上部中央にブシング231が配置され、縁部ソースコイル233がブシング231から一定間隔離れて円形に配置される。ここでは、ブシング231と縁部ソースコイル233とも円形にしたが、他の形状にしても良いことは当然である。複数個のソースコイル232は、ブシング231から分枝されて縁部ソースコイル233に至るまで線状に配置されるバー形状を持つ。
図8は、本発明の第4実施例によるプラズマソースを示す平面図であり、図9は、図8
のプラズマソースの中心からの距離によるコイル厚の変化を示すグラフである。図8において、図7と同一の参照符号は同一の要素を表す。
まず、図8を参照すると、ブシング231から縁部ソースコイル233に至るまで線状に配置される複数個のソースコイル232の厚さは、ブシング231と連結される部分から縁部ソースコイル233に至るまで一定でない。例えば、ブシング231に近付くほど厚さが増加し、ブシング231から遠ざかるほど、すなわち、縁部ソースコイル233に近付くほど厚さが次第に減少する。すなわち、図9に示すように、複数個のソースコイル232の厚さは、中心からの距離に関らずに一定であっても良く(410参照)、中心からの距離が大きくなるほど厚さが増加しても良く(420参照)、中心からの距離が大きくなるほど厚さが減少しても良い(430参照)。ソースコイル232の厚さ変化は電流密度を変化させ、結果としてプラズマ密度にも影響する。したがって、ソースコイル232の厚さを変化させることによって希望する大きさのプラズマ密度を得ることができ、プラズマ密度の不均一性を解消できる。
図10は、本発明の第5実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図10を参照すると、本発明の第5実施例によるプラズマソース240は、反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシング241と、このブシング241から延びて反応チャンバの縁に至るまで、屈曲を持つ波状に配置される複数個の放射ソースコイル243とを備える。この場合、放射ソースコイル243の端部は縁部ソースコイル242によって相互連結される。ブシング241から縁部ソースコイル242に至るまで、放射ソースコイル243は整数倍の波長を持つ波状に配置されることが好ましい。
図11は、本発明の第6実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図11を参照すると、本発明の第6実施例によるプラズマソース250は、反応チャンバの上部中心点から反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の放射ソースコイル253と、反応チャンバの上部縁で放射ソースコイル253の端部を全て連結する円形の縁部ソースコイル252と、を備える。また、中心点と縁部ソースコイル252との間で複数個のソースコイル253を全て連結する円形の中間ソースコイル251も備える。中心点から中間ソースコイル251までの距離は、中間ソースコイル251から縁部ソースコイル252までの距離よりも小さくする。
図12は、本発明の第7実施例によるプラズマソースを示す平面図であり、図13は、図12のプラズマソースを切断して示す断面図である。
図12及び図13を参照すると、本発明の第7実施例によるプラズマソース260は、反応チャンバの上部中央に配置されるブシング261と、このブシング261を取り囲む円形の縁部ソースコイル262と、ブシング261と縁部ソースコイル262との間に配置される複数個の放射ソースコイル263とを備えてなる。ブシング261は、相対的に広い面積を持ちながら下部に配置される第1部分261aと、第1部分261aの上部面で相対的に狭い面積を持つ第2部分261bとからなる。特に、下部に配置される第1部分261aの断面は一定でなく変化されるが、一例として、中央でのプラズマ密度を減少させるためには、下部から上部へ行くほど断面積が次第に減少ようにする。放射ソースコイル263は、ブシング261の第1部分261aから延びて縁部ソースコイル263に至るまで屈曲を持つ波状に配置され、特にブシング261の中心点から縁部ソースコイル263に至って線状に配置される線(点線)を中心軸とする一定波長の波状に配置される。これらの放射ソースコイル263の端部は、縁部ソースコイル263によって相互連結される。
図14は、本発明の第8実施例によるプラズマソースを示す平面図であり、図15は、図14のプラズマソースを切断して示す断面図である。
図14及び図15を参照すると、本発明の第8実施例によるプラズマソース270は、図12及び図13に示すプラズマソース260と略同様である。具体的には、ブシング271の形態と複数個の放射ソースコイル273の波長数のみが異なり、縁部ソースコイル272の配置などの他の構成は第8実施例と同様である。本実施例によるプラズマソース270において、ブシング271は、中央に突出部271−1が配置されて外部のRF電源(図示せず)からのRFパワーをブシング271に伝達し、垂直方向への断面積の変化はない。また、本実施例によるプラズマソース270において、放射ソースコイル273の波長は3/2波長で、1波長である図12のプラズマソース260の放射ソースコイル263とは異なる波長を持つ。
図16は、本発明の第9実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図16を参照すると、本発明の第9実施例によるプラズマソース280は、反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシング281と、このブシング281を取り囲む少なくとも1つの中間ソースコイル282と、ブシング281から延びて中間ソースコイル282に至るまで線状に配置される複数個の第1線状ソースコイル284aと、中間ソースコイル282を取り囲む縁部ソースコイル283と、第1線状ソースコイル284aから延びて縁部ソースコイル283に至るまで線状に配置される複数個の第2線状ソースコイル284bとを備える。
ブシング281、中間ソースコイル282、縁部ソースコイル283、第1線状ソースコイル284a及び第2線状ソースコイル284bはいずれも導電性材質からなるが、完全同一な材質からなるのではない。すなわち、中間ソースコイル282及び第1線状ソースコイル284aは第1導電性物質からなり、縁部ソースコイル283及び第2線状ソースコイル284bは第2導電性物質からなる。このように、第1導電性物質と第2導電性物質の相異なる伝導度によって反応チャンバの中心部と縁におけるプラズマ密度が変化可能である。したがって、希望するプラズマの分布に応じて第1導電性物質及び第2導電性物質を具体的に決定すれば良い。
図17は、本発明の第10実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図17を参照すると、本発明の第10実施例によるプラズマソース290は、反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシング291と、ブシング291を取り囲む縁部ソースコイル292と、ブシング291から延びて縁部ソースコイル292に至るまで線状に配置される複数個の線状ソースコイル293とを備える。ブシング291は第1導電性材質からなり、縁部ソースコイル292及び線状ソースコイル293は第2導電性材質からなる。この場合にも、希望するプラズマの分布に応じて第1導電性物質及び第2導電性物質を具体的に決定すれば良い。
図18は、本発明の第11実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図18を参照すると、本発明の第11実施例によるプラズマソース300は、反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシング301と、このブシング301と第1間隔で離れてブシング301を取り囲む円形の第1領域Bに至るまでブシング301から延在する複数個の第1ソースコイル302と、第1領域Bを取り囲む縁部ソースコイル303と、第1領域Bから縁部ソースコイル303に至るまで第1ソースコイル302から延在する複数個の第2ソースコイル304とを備えてなる。第1ソースコイル302は波状に配置され、第2ソースコイル304は螺旋状に配置される。
図19は、本発明の第12実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図19を参照すると、本発明の第12実施例によるプラズマソース310は、反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置され、反応チャンバから相対的に遠く離れて配置される上部面311aと、反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面311bを持つ柱状
の導電性ブシング311を備える。このブシング311の上部面311aと同平面上には、ブシング311から延びて反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の上部ソースコイル313aが備えられる。これら複数個の上部ソースコイル313aの端部は、上縁部ソースコイル312aによって相互連結される。ブシング311の下部面311bと同平面上にも、ブシング311から延びて反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の下部ソースコイル313bが備えられる。これら複数個の下部ソースコイル313bの端部も下縁部ソースコイル312bによって相互連結される。上縁部ソースコイル313aと下縁部ソースコイル313bは、反応チャンバの上部面に対して垂直方向に配置される垂直ソースコイル314によって相互連結される。
図20は本発明の第13実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図20を参照すると、本発明の第13実施例によるプラズマソース320は、反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置され、反応チャンバと相対的に遠く離隔される上部面321aと、反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面321bとを持つ柱状の導電性ブシング321を備える。このブシング321の上部面321aと同平面上には、ブシング321から延びて反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の上部線状ソースコイル324aが備えられる。複数個の上部線状ソースコイル324aの端部は、反応チャンバの上部縁に配置される円形の上縁部ソースコイル323aによって相互連結される。また、複数個の上部線状ソースコイル324aは、ブシング321と上縁部ソースコイル323aとの間に配置される円形の中間上部ソースコイル322aによっても相互連結される。
ブシング321の下部面321bと同平面上には、ブシング321から延びて反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の下部線状ソースコイル324bが備えられる。複数個の下部線状ソースコイル324bの端部も、反応チャンバの下部縁部に配置される円形の下縁部ソースコイル323bによって相互連結される。また、複数個の下部線状ソースコイル324bは、ブシング321と下縁部ソースコイル323bとの間に配置される円形の中間下部ソースコイル322bによっても相互連結される。上縁部ソースコイル323aと下縁部ソースコイル323bは、反応チャンバの上部面に対して垂直方向に配置される垂直ソースコイル325によって相互連結される。
図21は、本発明の第14実施例によるプラズマソースを示す平面図である。
図21を参照すると、本発明の第14実施例によるプラズマソース330は、反応チャンバから相対的に遠く離れた上部平面上に配置される導電性の上部ブシング331aと、反応チャンバから相対的に近くに位置する下部平面上に配置される導電性の下部ブシング331bとを備える。すなわち、上部ブシング331aと下部ブシング331bは垂直方向に相互隔たって配置される。
上部ブシング331aの配置される上部平面上には、上部ブシング331aから延びる複数個の第1上部ソースコイル332aが配置され、これらの第1上部ソースコイル332aは、上部ブシング331aから第1間隔で離れる第1領域C1に至るまで、屈曲を持つ波状に配置される。また、上部平面上には、複数個の第2上部ソースコイル334aが、第1上部ソースコイル332aから延びて、第1領域C1と第2間隔で離れて第1領域C1を取り囲む第2領域に至るまで螺旋状に配置される。上縁部ソースコイル333aは、上部平面上で第2上部ソースコイル334aの端部を相互連結するように周縁に沿って配置される。
下部ブシング331bの配置される下部平面上には、下部ブシング331bから延びる複数個の第1下部ソースコイル332bが配置され、これらの第1下部ソースコイル332bは、下部ブシング331bから第3間隔で離隔される第3領域C2に至るまで屈曲を
持つ波状に配置される。また、下部平面上には、複数個の第2下部ソースコイル334bが第1下部ソースコイル332bから延びて、第3領域C2と第4間隔で離れて第3領域C2を取り囲む第4領域に至るまで螺旋状に配置される。下縁部ソースコイル333bは、下部平面上で第2下部ソースコイル334bの端部を相互連結するように周縁に沿って配置される。上縁部ソースコイル333aと下縁部ソースコイル333bは、反応チャンバの上部面に対して垂直方向に配置される垂直ソースコイル335によって相互連結される。
図22乃至図27は、本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。本実施例によるプラズマソースは、縁部ソースコイルが存在しない点が、上記の第1乃至第14実施例によるプラズマソースと異なる。
まず、図22を参照すると、本例によるプラズマソース340は、中央に配置されるブシング341及びブシング341から放射方向に長く延在される複数個の導電体342を備えてなる。ブシング341は導電性材質からなり、図示してはいないが、外部のRF電源(図示せず)と連結される。導電体342はそれぞれ放射方向にストライプ(stripe)型に配置され、一定の厚さ(d1)を持つ。これらの導電体342は相互対称に配置されることが好ましく、この場合、導電体342の個数は偶数とするが、必ずしもこれに限定されるわけではない。また、図示してはいないが、導電体342の断面形状は特に限定されず、例えば、円形や多角形の形状にすると良い。
このような構造のプラズマソース340は、コイルを採用する従来のプラズマソースとは違い、円形に誘起される磁界を形成し、これにより、方位角の電界分布及び放射状の電界分布を均一にすることができる。方位角の均一な電界分布及び放射状の均一な電界分布によって、向上した選択比及び均一なCD分布を得ることができる。
次に、図23に示す例によるプラズマソース350は、中央に配置されるブシング351と、ブシング351から放射方向に長く延在する複数個の導電体352とを備えてなる。図22のプラズマソース340と違い、このプラズマソース350は、導電体352の厚さ(d2)が一定でない。すなわち、ブシング351から放射方向に遠ざかるほど導電体352の厚さ(d2)が次第に増加する。これは、導電体352の厚さ(d2)変化によって形成される電界の強度を変化させることによって、プラズマ密度も変化させるための工夫で、厚さの変化度合は、本例によるプラズマソース350を採用するプラズマチャンバ内で行われる工程応用分野によって決定される。例えば、ブシング351に隣接する部分から相対的に薄い厚さ(d2)を有し、ブシング351から遠ざかるほど相対的に厚い厚さ(d2)を持つので、ブシング210から遠ざかるほど電界の強度は減少し、したがって、中心部よりも周縁部におけるプラズマ密度の減少が要求される工程で採用可能である。
次に、図24を参照すると、本例によるプラズマソース360は、中央に配置されるブシング361と、ブシング361から放射方向に長く延在される複数個の導電体362とを備えてなる。図22のプラズマソース340と違い、このプラズマソース360は、導電体362の厚さ(d3)が一定でない。すなわち、図23のプラズマソース350がブシング351から放射方向に遠ざかるほど導電体352の厚さ(d2)が次第に増加したのに対し、このプラズマソース360は、ブシング361から放射方向に遠ざかるほど導電体362の厚さ(d3)が次第に減少する。これは、導電体362の厚さ(d3)変化によって形成される電界の強度を変化させることによって、プラズマ密度も変化させるための工夫で、厚さの変化度合は、本例によるプラズマソース360を採用するプラズマチャンバ内で行われる工程応用分野によって決定される。例えば、ブシング361と近接した部分で相対的に厚い厚さ(d3)を有し、ブシング361から遠ざかるほど相対的に薄
い厚さ(d3)を持つので、ブシング361から遠ざかるほど電界の強度は増加し、したがって、周縁部よりは中心部でのプラズマ密度の減少が要求される工程で採用可能である。
次に、図25乃至図27を参照すると、本例によるプラズマソース370,380,390は、中央に配置されるブシング371,381,391と、ブシング371,381,391から放射方向に延在する複数個の導電体372,382,392とそれぞれ備えてなる。図22乃至図24のプラズマソース340,350,360では導電体342,352,362がストライプ型またはライン型に配置されるのに対し、本実施例によるプラズマソース370,380,390では導電体372,382,392が湾曲したストライプ型または湾曲したライン型に配置される。
図25のプラズマソース370は、導電体372が4個である場合、図26のプラズマソース380は、導電体382が6個である場合、図27のプラズマソース390は導電体392が8個である場合である。これに限定されず、より多い数の導電体が相互対称に配置されても良い。導電体372,382,392の曲がる度合も限定されることはなく、例えば、図面に例示されているように、S字状またはW字状に配置される。
本例によるプラズマソースら370,380,390において、導電体372,382,392の厚さは一定であっても、一定でなくても良い。一定でない場合、ブシング371,381,391から遠ざかるほど次第に厚さが増加しても良く、逆に、ブシング371,381,391から遠ざかるほど次第に厚さが減少しても良い。これは、上述したように、行おうとする工程応用分野に応じて決定すれば良い。
産業上の上利用可能性
本発明は、プラズマを用いるプラズマチャンバを使用する半導体及びこれに類似する分野の装置及び工程に適用可能である。
従来のプラズマソースを備えるプラズマチャンバを概略的に示す断面図である。 図1の従来のプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第1実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 図3のプラズマソースを切断して示す断面図である。 本発明の第2実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 図5のプラズマソースを切断して示す断面図である。 本発明の第3実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第4実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 図8のプラズマソースの中心からの距離によるコイル厚さの変化を示すグラフである。 本発明の第5実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第6実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第7実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 図12のプラズマソースを切断して示す断面図である。 本発明の第8実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 図14のプラズマソースを切断して示す断面図である。 本発明の第9実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第10実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第11実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第12実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第13実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第14実施例によるプラズマソースを示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。 本発明の第15実施例によるプラズマソースの様々な例を示す平面図である。

Claims (30)

  1. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、
    前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個のソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  2. 前記複数コイルは、相互対称に配置されることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマソース。
  3. 前記各複数コイルは、前記ブシングと連結される部分から縁に至るまで厚さが一定でないことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマソース。
  4. 前記反応チャンバの上部縁で前記ブシングと一定間隔を維持しながら前記ブシングを取り囲み、前記複数個の単位コイルを全て連結するように円形に配置される縁部ソースコイルをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマソース。
  5. 前記ブシングと前記縁部ソースコイルとの間で前記ブシングと一定間隔を維持しながら前記ブシングを取り囲むように円形に配置され、前記複数個の単位コイルを全て連結する中間ソースコイルを少なくとも1つさらに備えることを特徴とする、請求項4に記載のプラズマソース。
  6. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、
    前記ブシングを取り囲む第1領域内で前記ブシングから延びて前記第1領域の縁に至るまで径方向に沿って配置され、上部に向かって曲がる形状にされる複数個の第1ソースコイルと、
    前記第1領域を取り囲む第2領域内で前記第1ソースコイルから延びて前記第2領域の縁に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  7. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、
    前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個のソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  8. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中心点から前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個のソースコイルと、
    前記反応チャンバの上部縁で前記複数個のソースコイルの端部を全て連結する円形の縁部ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  9. 前記縁部ソースコイル内で前記縁部ソースコイルと一定の距離を維持しながら円形に配置
    されて前記ソースコイルを全て連結する中間ソースコイルを少なくとも1つさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載のプラズマソース。
  10. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置され、相対的に広い面積を持ちながら下部に配置される第1部分と、前記第1部分の上部面で相対的に狭い面積を持つ第2部分とからなる導電性材質のブシングと、
    前記ブシングの第1部分から延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個のソースコイルと、
    前記反応チャンバの上部縁で前記ソースコイルの端部を全て連結する円形の縁部ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  11. 前記ブシングの第1部分は、底から前記第2部分と接する部分に向かって面積が次第に減少することを特徴とする、請求項10に記載のプラズマソース。
  12. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングを取り囲む少なくとも1つの中間ソースコイルと、前記ブシングから延びて前記中間ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の第1線状ソースコイルと、前記中間ソースコイルを取り囲む縁部ソースコイルと、前記第1線状ソースコイルから延びて前記縁部ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の第2線状ソースコイルとを備えてなり、前記中間ソースコイル及び第1線状ソースコイルと、前記縁部ソースコイル及び第2線状ソースコイルとの材質が異なることを特徴とする、プラズマソース。
  13. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、前記ブシングを取り囲む縁部ソースコイルと、前記ブシングから延びて前記縁部ソースコイルに至るまで線状に配置される複数個の線状ソースコイルを備えてなり、前記ブシングの材質と、前記縁部ソースコイル及び線状ソースコイルとの材質が異なることを特徴とする、プラズマソース。
  14. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央に配置される導電性材質のブシングと、
    前記ブシングから延び、前記ブシングと第1間隔で離れて前記ブシングを取り囲む第1領域に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1ソースコイルと、
    前記第1ソースコイルから延び、前記第1領域と第2間隔で離れて前記第1領域を取り囲む第2領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  15. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置されて、前記反応チャンバと相対的に遠く離れて配置される上部面と、前記反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面を持つ柱状の導電性ブシングと、
    前記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に
    至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の上部ソースコイルと、
    前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の下部ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  16. 前記ブシングの上部面と同平面上で、前記上部ソースコイルの端部を連結する上部縁部ソースコイルと、
    前記ブシングの下部面と同平面上で、前記下部ソースコイルの端部を連結する下部縁部ソースコイルと、
    前記上部縁部ソースコイルと前記下部縁部ソースコイルとを垂直方向に連結する垂直ソースコイルと、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項15に記載のプラズマソース。
  17. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバの上部中央で垂直方向に配置されて、前記反応チャンバと相対的に遠く離れて配置される上部面と、前記反応チャンバと相対的に近くに配置される下部面とを持つ柱状の導電性ブシングと、
    前記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の上部ソースコイルと、
    前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングから延びて前記反応チャンバの縁に至るまで線状に配置される複数個の下部ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  18. 前記ブシングの上部面と同平面上で、前記上部ソースコイルの端部を全て連結するように円形に配置される上縁部ソースコイルと、
    前記ブシングの上部面と同平面上で、前記ブシングと前記上縁部ソースコイルとの間に配置される少なくとも1つの中間上部ソースコイルと、
    前記ブシングの下部面と同平面上で、前記下部ソースコイルの端部を全て連結するように円形に配置される下縁部ソースコイルと、
    前記ブシングの下部面と同平面上で、前記ブシングと前記下縁部ソースコイルとの間に配置される少なくとも1つの中間下部ソースコイルと、
    前記上縁部ソースコイル及び前記下縁部ソースコイルを垂直方向に相互連結する垂直ソースコイルと、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項17に記載のプラズマソース。
  19. 半導体ウエハが処理される反応チャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    前記反応チャンバから相対的に遠く離れた上部平面上に配置される導電性の上部ブシングと、
    前記上部ブシングから延び、前記上部ブシングから第1間隔で離れた第1領域に至るまで屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1上部ソースコイルと、
    前記上部平面上で前記第1上部ソースコイルから延び、前記第1領域と第2間隔で離れて前記第1領域を取り囲む第2領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2上部ソースコイルと、
    前記上部平面上で前記第2上部ソースコイルの端部を相互連結する上縁部ソースコイルと、
    前記反応チャンバと相対的に近くに位置する下部平面上に配置される導電性の下部ブシングと、
    前記下部ブシングから延び、前記下部ブシングから第3間隔で離れた第3領域に至るま
    で屈曲を持つ波状に配置される複数個の第1下部ソースコイルと、
    前記下部平面上で前記第1下部ソースコイルから延び、前記第3領域と第4間隔で離れて前記第3領域を取り囲む第4領域に至るまで螺旋状に配置される複数個の第2下部ソースコイルと、
    前記下部平面上で前記第2下部ソースコイルの端部を相互連結する下縁部ソースコイルと、
    前記上縁部ソースコイル及び前記下縁部ソースコイルを垂直方向に相互連結する垂直ソースコイルと、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  20. プラズマチャンバの上部に配置されて前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    中央に配置されるブシングと、
    前記ブシングから放射方向にストライプ型に長く配置される複数個の導電体と、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  21. 前記導電体は、相互対称に配置されることを特徴とする、請求項20に記載のプラズマソース。
  22. 前記ブシングは、導電性材質からなることを特徴とする、請求項20に記載のプラズマソース。
  23. 前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に増加することを特徴とする、請求項20に記載のプラズマソース。
  24. 前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に減少することを特徴とする、請求項20に記載のプラズマソース。
  25. プラズマチャンバの上部に配置されて前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成させるプラズマソースにおいて、
    中央に配置されるブシングと、
    前記ブシングから放射方向に長く曲がったストライプ型に配置される複数個の導電体と、
    を備えることを特徴とする、プラズマソース。
  26. 前記導電体は、相互対称に配置されることを特徴とする、請求項25に記載のプラズマソース。
  27. 前記ブシングは、導電性材質からなることを特徴とする、請求項25に記載のプラズマソース。
  28. 前記導電体は、S字形またはW字形の形状を持つことを特徴とする、請求項25に記載のプラズマソース。
  29. 前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に増加することを特徴とする、請求項25に記載のプラズマソース。
  30. 前記導電体は、前記ブシングから遠ざかるほど厚さが次第に減少することを特徴とする、請求項25に記載のプラズマソース。
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