JP2011119659A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この誘導結合型プラズマ処理装置は、RFアンテナ54に近接する誘電体窓52の下で誘導結合のプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを広い処理空間内で分散させて、サセプタ12近傍(つまり半導体ウエハW上)でプラズマの密度を平均化するようにしている。そして、サセプタ12近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御するために、コンデンサ付きのフローティングコイル70が、RFアンテナ54の発生するRF磁界ひいてはチャンバ10内で生成されるドーナツ状のプラズマのプラズマ密度分布に対して消極的な作用もしくは積極的な作用を奏する。
【選択図】 図1
Description
[実施形態1]
VIND=−dΦ/dt=−iωMIRF ・・・・(1)
IIND=VIND/Z70=−iMωIRF/{R70+i(L70ω−1/C74ω)} ・・・(2)
IIND≒−MωIRF/(L70ω−1/C74ω) ・・・・(3)
IIND≒−iMωIRF/R70 ・・・・(4)
Mω >R70 または 2πfM >R70 ・・・・(5)
[実施形態2]
[RFアンテナ/フローティングコイルのレイアウト変形例]
[RFアンテナ/フローティングコイルの配置構造に関する他の実施例]
[フローティングコイル内に固定コンデンサを設ける実施例]
[フローティングコイルの構造に関する実施例1]
[フローティングコイルの構造に関する実施例2]
[可変コンデンサの静電容量の制御に関する実施例]
[フローティングコイルのレイアウト構造に関する他の実施例]
[他の実施形態または変形例]
12 サセプタ
26 排気装置
52 誘電体窓
54 RFアンテナ
54i 内側コイル
54o 外側コイル
55 アース線
56 (プラズマ生成用)高周波電源
66 処理ガス供給源
70 フローティングコイル
72 容量可変機構
74 可変コンデンサ
75 主制御部
94 可変コンデンサ
96 容量制御部
Claims (79)
- 誘電体の窓を有する処理容器と、
前記誘電体窓の外に配置されるコイル状のRFアンテナと、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した一定周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、
電気的にフローティング状態に置かれ、前記RFアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置されるフローティングコイルと、
前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサと
を有するプラズマ処理装置。 - 前記フローティングコイルが、前記RFアンテナと同軸に配置される、請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、前記RFアンテナと同一の平面上に配置される、請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、径方向において前記RFアンテナの内側または外側のいずれかに配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、前記RFアンテナの1/3〜3倍の半径を有する、請求項4に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルの抵抗をR、前記フローティングコイルと前記RFアンテナとの間の相互インダクタンスをM、前記高周波の周波数をfとすると、2πfM>Rである、請求項4または請求項5に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、前記RFアンテナと相似の形状を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、径方向において前記RFアンテナを挟んでその内側と外側に跨って配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、前記処理容器内の前記基板保持部に対して前記RFアンテナと等距離の位置に配置される、請求項1〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、周回方向において複数のコイルセグメントに分割されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘電体窓が、前記処理容器の天井を形成し、
前記RFアンテナおよび前記フローティングコイルのいずれも前記誘電体窓の上に載って配置される、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体窓が、前記処理容器の天井を形成し、
前記RFアンテナが、前記誘電体窓の上に載って配置され、
前記フローティングコイルが、前記誘電体窓から離れて前記RFアンテナよりも高い位置に配置される、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体窓が、前記処理容器の側壁を形成し、
前記RFアンテナが、前記処理容器の側壁の周囲に配置され、
前記フローティングコイルが、前記RFアンテナから前記処理容器の縦方向にオフセットして前記処理容器の側壁の周囲に配置される、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体窓が、前記処理容器の側壁および天井を形成し、
前記RFアンテナが、前記処理容器の側壁の周囲に配置され、
前記フローティングコイルが、前記誘電体窓の上に配置される、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体窓が、前記処理容器の側壁および天井を形成し、
前記RFアンテナが、前記誘電体窓の上に配置され、
前記フローティングコイルが、前記処理容器の側壁の周囲に配置される、
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フローティングコイルには、前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が流れる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな値の静電容量を有する、請求項16に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、負値のリアクタンスを有する、請求項16または請求項17に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルには、前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で逆向きの電流が流れる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも大きな値の静電容量を有する、請求項19に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、正値のリアクタンスを有する、請求項19または請求項20に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな値が含まれる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、前記フローティングコイル内で流れる電流を、前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で同じ向きであって、前記RFアンテナを流れる電流の1/10以下から2倍以上まで連続的またはステップ的に可変できる可変の静電容量を有する、請求項22に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さい値と大きい値が含まれる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも大きい値が含まれる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルを同軸に複数設ける、請求項1〜25のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 天井に誘電体の窓を有する処理容器と、
前記誘電体窓の上で互いに径方向に間隔を開けて内側および外側に配置され、前記高周波給電部に対して電気的に並列に接続される内側コイルおよび外側コイルを有するRFアンテナと、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した一定周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部と、
電気的にフローティング状態に置かれ、前記RFアンテナの前記内側コイルおよび前記外側コイルの少なくとも一方と電磁誘導により結合可能な位置で前記誘電体窓の上に配置されるフローティングコイルと、
前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサと
を有するプラズマ処理装置。 - 前記内側コイル、前記外側コイルおよび前記フローティングコイルが同軸に配置される、請求項27に記載のプラズマ処理装置。
- 前記内側コイル、前記外側コイルおよび前記フローティングコイルが同一の平面上に配置される、請求項27または請求項28に記載のプラズマ処理装置。
- 前記内側コイル、前記外側コイルおよび前記フローティングコイルのいずれも前記誘電体窓の上に載って配置される、請求項27〜29のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、径方向において前記内側コイルと前記外側コイルとの間に配置される、請求項27〜30のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、前記内側コイルおよび前記外側コイルから等距離の位置に配置される、請求項31に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内には、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が流れる、請求項31または請求項32に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内には、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流よりも小さな電流が流れる、請求項33に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内で流れる電流は、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流の1/10以下の電流値を有する、請求項34に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな値の静電容量を有する、請求項33〜35のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、負値のリアクタンスを有する、請求項33〜36のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さい値が含まれる、請求項33〜35のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、前記フローティングコイル内で流れる電流を、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きであって、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流の1/10以下から2倍以上まで連続的またはステップ的に可変できる可変の静電容量を有する、請求項38に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、径方向において前記内側コイルの内側に配置される、請求項27〜30のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、径方向において前記外側コイルの外側に配置される、請求項27〜30のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが同軸に複数設けられる、請求項40または請求項41のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内には、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が流れる、請求項40〜42のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな値の静電容量を有する、請求項43に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、負値のリアクタンスを有する、請求項43または請求項44に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さい値が含まれる、請求項40〜42のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルには、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で逆向きの電流が流れる、請求項40〜42のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも大きな値の静電容量を有する、請求項47に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルが、前記内側コイルおよび前記外側コイルの少なくとも一方と相似な形状を有する、請求項27〜48のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記内側コイル、前記外側コイルおよび前記フローティングコイルが互いに相似な形状を有する、請求項49に記載のプラズマ処理装置。
- 前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流のバランスを調節するために、前記内側コイルまたは前記外側コイルのいずれかと電気的に直列に接続されるアンテナ内のコンデンサを有する、請求項27〜50のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
- 前記アンテナ内のコンデンサは可変コンデンサである、請求項51に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルは、両端が切れ目を挟んで開放した単巻または複巻のコイル導体を有し、
前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記コイル導体の切れ目に設けられる、
請求項1〜52のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記RFアンテナに対して前記コイル導体よりも遠く離して配置される、請求項53に記載のプラズマ処理装置。
- 前記コイル導体の切れ目が、コイル周回方向またはコイル径方向に対して所望の角度で斜めに形成されている、請求項53または請求項54に記載のプラズマ処理装置。
- 前記コイル導体の切れ目がコイル周回方向に等間隔で複数設けられ、各々の前記切れ目に前記フローティングコイル内のコンデンサが設けられている、請求項53〜55のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記コイル導体の切れ目がコイル周回方向に等間隔で複数設けられ、前記複数の切れ目の中の少なくとも1つはダミーであり、前記ダミーの切れ目には導体が設けられる、請求項53〜55のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記コイル導体の前記切れ目を介して互いに対向する一対の解放端部が前記コンデンサの電極を構成する、請求項53に記載のプラズマ処理装置。
- 前記コイル導体の切れ目に誘電体が設けられる、請求項58記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルのループ内で前記コンデンサと電気的に直列接続される第1のスイッチを有する、請求項1〜59のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルのループ内で前記コンデンサと電気的に並列接続される第2のスイッチを有する、請求項1〜59のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フローティングコイルを冷却するためのコイル冷却部を有する、請求項1〜61のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 誘電体の窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の外に配置されるコイル状のRFアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部とを有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
電気的にフローティング状態に置かれ、前記RFアンテナと電磁誘導により結合可能でループ内に固定または可変のコンデンサを設けたフローティングコイルを前記処理容器の外に配置し、
前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御するプラズマ処理方法。 - 前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項63に記載のプラズマ処理方法。
- 前記RFアンテナを流れる電流よりも小さな電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項64に記載のプラズマ処理方法。
- 前記RFアンテナを流れる電流の1/10以下の電流が前記フローティングコイル内に流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項65に記載のプラズマ処理方法。
- 前記RFアンテナを流れる電流よりも大きな電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項64に記載のプラズマ処理方法。
- 前記RFアンテナを流れる電流の2倍以上の電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項67に記載のプラズマ処理方法。
- 前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも小さい領域で前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項64〜68のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記フローティングコイル内で流れる電流を減少させるために前記コンデンサの静電容量を小さくし、前記フローティングコイル内に流れる電流を増大させるために前記コンデンサの静電容量を大きくする、請求項69に記載のプラズマ処理方法。
- 前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で逆向きの電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御制御する、請求項63に記載のプラズマ処理方法。
- 前記フローティングコイル内で直列共振を起こす静電容量よりも大きな領域で前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項71に記載のプラズマ処理方法。
- 前記フローティングコイル内で流れる電流を減少させるために前記コンデンサの静電容量を大きくし、前記フローティングコイル内で流れる電流を増大させるために前記コンデンサの静電容量を小さくする、請求項72に記載のプラズマ処理方法。
- 前記コンデンサの静電容量を可変制御して、前記フローティングコイル内で流れる電流が前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で同じ向きになる第1モードと、前記フローティングコイル内で流れる電流が前記RFアンテナを流れる電流と周回方向で逆向きになる第2モードとの間で切り換えを行う、請求項63に記載のプラズマ処理方法。
- 天井に誘電体の窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上で互いに径方向に間隔を開けて内側および外側に配置され、前記高周波給電部に対して電気的に並列に接続される内側コイルおよび外側コイルを含むRFアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記RFアンテナに供給する高周波給電部とを有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
電気的にフローティング状態に置かれ、前記RFアンテナの前記内側コイルおよび前記外側コイルの少なくとも一方と電磁誘導により結合可能で、ループ内に固定または可変のコンデンサを設けたフローティングコイルを前記誘電体窓の上に配置し、
前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御するプラズマ処理方法。 - 前記フローティングコイルを、径方向において前記内側コイルと前記外側コイルとの中間に配置し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、
請求項75に記載のプラズマ処理方法。 - 前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流よりも小さな電流が前記フローティングコイル内で流れるように、前記コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、請求項76に記載のプラズマ処理方法。
- 前記内側コイルまたは前記外側コイルのいずれかと電気的に直列に接続される固定または可変のアンテナ側コンデンサを設け、
前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流のバランスを調節するために、前記アンテナ側コンデンサの静電容量を選定または可変制御する、
請求項75〜77のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 - 1枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り換えに応じて、前記コンデンサの静電容量を可変制御する、請求項63または請求項75に記載のプラズマ処理方法。
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