JP2011146721A - プラズマ発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のコイル1,2をプラズマ・チャンバの誘電体ウィンドウ上に配置し、単一の高周波発生器310で電力を供給し、単一の整合回路網320によって調整する。各コイルは平面的か、または平面的と立体的ならせん状の組合せのいずれかである。各コイルの入力端部は入力側調整コンデンサC1,C2に接続され、出力端部は出力側調整コンデンサを介して接地に終端される。プラズマへの高周波の最大誘電結合の場所は、主として出力側コンデンサによって決定され、入力側コンデンサは、主として各コイルへの電流の大きさを調整するために使用される。各コイル内の電流の大きさおよび最大誘導結合の場所を調整することによって、異なる半径方向方位角領域内のプラズマ密度を変化させ制御することができ、したがって半径方向に方位角的に均一なプラズマを得ることができる。
【選択図】図3
Description
Claims (65)
- 誘導結合型プラズマを発生させるための装置であって、
チャンバ中に電磁界経路を形成するウィンドウと該チャンバ中にプロセス・ガスを導入するように構成されたプロセス・ガス供給源とを有するプラズマ反応チャンバと、
前記チャンバのウィンドウに近接して配設された少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントを含む高周波アンテナと、前記アンテナ・セグメントに結合され、前記アンテナ・セグメント中の高周波電流を共振させるように構成された高周波発生源と、を備え、
前記高周波電流によって誘導された電磁界は、前記ウィンドウを通過し、プロセス・ガスを励起してイオン化し、それによりチャンバ内にプラズマを発生させ、かつ、
前記第1のアンテナ・セグメントが、前記第2のアンテナ・セグメントを取り囲んでいることを特徴とする装置。 - 発生するプラズマの密度が、前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントがまたがる領域内で実質的に均一であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが、それぞれ、高周波電力を前記チャンバ中の異なる領域に結合し、これにより、前記チャンバ中に全体的に均一なプラズマを発生させることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが、単巻コイルからなることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第1のアンテナ・セグメントが単巻コイルからなり、前記第2のアンテナ・セグメントが複巻コイルからなることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが、複巻コイルからなることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 更に、同じ電流又は異なる電流が得られるように、前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントの電流を調整するための少なくとも1つの入力側調整コンデンサを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの入力側調整コンデンサが、
各々の前記アンテナ・セグメントにより大きい電流を供給し、これにより前記アンテナ・セグメントに隣接するプラズマ領域への高周波電力結合がより大きくなるか、又は、
各々の前記アンテナ・セグメントにより小さい電流を供給し、これにより前記プラズマ領域への電力結合がより小さくなることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 一対のアンテナ・セグメントの電流を調整するために一対の入力側コンデンサが使用され、それらが1回の制御により反対方向に回転されるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが単一の高周波電力源によって電力供給され、単一の整合回路網によって調整されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 第1および第2のアンテナ・セグメントの出力端部が結合され、インピーダンスを介して接地に終端されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントの出力端部が、別個の出力側固定コンデンサまたは出力側可変コンデンサを介して接地に終端されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 各々の出力コンデンサが、各アンテナ・セグメントに沿った電流極値または電圧極値の場所を調整することを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントにおける最大電流の場所が、第2のアンテナ・セグメントに対する第1のアンテナ・セグメントの回転位置によって決まり、
前記出力側コンデンサは、さらに、電流最大値の場所が方位角的に約180度離れ、かつ半径方向に互いに対向するように前記場所を調整し、それにより方位角不均一電流分布によるプラズマ方位角不均一性を大幅に低減することを特徴とする請求項12に記載の装置。 - 一対の出力コンデンサが前記第1および第2のアンテナ・セグメント中の電流を調整し、それらは1回の制御により反対方向に回転されるように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントは、同一平面内にある二次元構成、非平面的な三次元構成、またはその組合せで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントが同心状に構成されており、一方の前記アンテナ・セグメントが他方の前記アンテナ・セグメントよりも小さい直径を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記三次元構成が、ドーム状又はらせん状であることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 各々の前記アンテナ・セグメントの形状が、ほぼ円形であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが、前記チャンバのウィンドウの外表面に近接して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントの電流が前記セグメントの周りに同じ方位角方向に流れることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 誘導結合型プラズマを発生させるための装置であって、
チャンバ中に電磁界経路を形成するウィンドウと、前記チャンバ中にプロセス・ガスを導入するように構成されたプロセス・ガス供給源とを有するプラズマ反応チャンバと、前記チャンバのウィンドウに近接して配置された少なくとも第1および第2の複巻アンテナ・セグメントを含む高周波アンテナと、
前記アンテナ・セグメントに結合され、前記アンテナ・セグメント中の高周波電流を共振させるように構成された高周波発生源と、を備え、前記高周波電流によって誘導された電磁界は、前記ウィンドウを通過し、プロセス・ガスを励起してイオン化し、それにより前記チャンバ内にプラズマを発生させ、また、
前記第1の複巻アンテナ・セグメントが、前記第2の複巻アンテナ・セグメントを取り囲む外側コイルであることを特徴とする装置。 - 発生したプラズマの密度が、前記第1および第2の複巻アンテナ・セグメントがまたがる領域で実質的に均一であることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントのが、それぞれ高周波電力を前記チャンバ中の異なる領域に結合し、これにより前記チャンバ中に全体的な均一なプラズマが発生させることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記第1の複巻アンテナ・セグメントが平面的な複巻コイルとして構成されており、前記第2の複巻アンテナ・セグメントが第1および第2の部分を有することを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記第2の複巻アンテナ・セグメントの前記第1の部分が平面的な複巻コイルとして構成されており、前記第2の複巻アンテナ・セグメントの前記第2の部分がらせん状のコイルとして構成されていることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記第2の部分には、さらに、前記らせん状のコイル内に中空の誘電体シリンダが設けられ、該中空の誘電体シリンダの中空領域が前記プロセス・チャンバに直接接続されていることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 前記らせん状のコイルと前記中空の誘電体シリンダは、プラズマが、前記チャンバ内で、より低い圧力で当たるように構成されており、これにより前記プロセス・チャンバの中心部におけるプラズマ密度が高くなることを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記第1の複巻アンテナ・セグメントが、第1の平面的な部分と第2の非平面的な部分とを有し、前記第2の複巻アンテナ・セグメントが第1の平面的な部分と第2の非平面的な部分とを有することを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記第1の複巻アンテナ・セグメントの前記第2の部分が、らせん状のコイルとして構成されていることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記第2の複巻アンテナ・セグメントの前記第2の部分が、らせん状のコイルとして構成されていることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記第1の複巻アンテナ・セグメントの全長が、第2の複巻アンテナ・セグメントの全長と同等であり、それにより前記アンテナ・セグメント中の電流が、より大きい程度まで調整されることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 更に、同じ電流又は異なる電流が得られるように、前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメント内の電流を調整するための少なくとも1つの入力側調整コンデンサを含むことを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの入力側調整コンデンサが、
各アンテナ・セグメントにより大きい電流を供給し、これにより前記アンテナ・セグメントに隣接するプラズマ領域への高周波電力結合がより大きくなるか、又は、
各アンテナ・セグメントにより小さい電流を供給し、これにより前記プラズマ領域への電力結合がより小さくなることを特徴とする請求項33に記載の装置。 - 前記第1および第2のアンテナ・セグメント中の電流を調整するために一対の入力側コンデンサが使用され、それらが1回の制御により反対方向に回転されるように構成されていることを特徴とする請求項33に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメント、が単一の高周波電力源によって電力供給され、単一の整合回路網によって調整されることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントの出力端部が、別個の出力側固定コンデンサまたは出力側可変コンデンサを介して接地に終端されていることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 各出力コンデンサが、各アンテナ・セグメントに沿った電流極値または電圧極値の場所を調整することを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントにおける電流最大値の場所が、前記第2のアンテナ・セグメントに対する前記第1のアンテナ・セグメントの回転位置によって決まり、
前記出力側コンデンサは、さらに、電流最大値の場所が方位角的に約180度離れ、かつ半径方向に互いに対向するように前記場所を調整し、それにより方位角不均一電流分布によるプラズマ方位角不均一性を大幅に低減することを特徴とする請求項37に記載の装置。 - 前記第1および第2のアンテナ・セグメント中の電流を調整するための一対の出力コンデンサが使用され、それらが1回の制御により反対方向に回転されるように構成されていることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 電流最大値の場所を、前記第2の複巻アンテナ・セグメントの前記第1の部分か又は前記第2の部分にシフトするための出力側コンデンサが使用され、これにより前記複巻アンテナ・セグメントから前記プラズマへの電力結合に変化が生じることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 電流最大値の場所を、前記第2の複巻アンテナ・セグメントの前記第1の部分か又は前記第2の部分にシフトするための出力側コンデンサが使用され、これにより前記複巻アンテナ・セグメントから前記プラズマへの電力結合に変化が生じることを特徴とする請求項30に記載の装置。
- 電流最大値の場所を第2の複巻アンテナ・セグメントの第1の部分かまたは第2の部分にシフトするために出力コンデンサが使用され、その結果、複巻アンテナ・セグメントからプラズマへの電力結合に変化が生じることを特徴とする請求項31に記載の装置。
- さらに、前記出力側コンデンサに関連する入力側コンデンサを含み、
前記入力側コンデンサの調整の結果、高周波数の全入力インピーダンスが比較的不変に維持され、それにより一方の複巻アンテナ・セグメント中の電流が他方の複巻アンテナ・セグメント中の電流に影響を及ぼさなくなることを特徴とする請求項41に記載の装置。 - さらに、前記出力側コンデンサに関連する入力側コンデンサを含み、
前記入力コンデンサの調整の結果、高周波数の全入力インピーダンスが比較的不変に維持され、それにより一方の複巻アンテナ・セグメント中の電流が他方の複巻アンテナ・セグメント中の電流に影響を及ぼさなくなることを特徴とする請求項42に記載の装置。 - さらに、前記出力側コンデンサに関連する入力側コンデンサを含み、前記入力側コンデンサの調整の結果、高周波数の全入力インピーダンスが比較的不変に維持され、それにより一方の複巻アンテナ・セグメント中の電流が他方の複巻アンテナ・セグメント中の電流に影響を及ぼさなくなることを特徴とする請求項43に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメントが同心状に構成されており、一方の前記アンテナ・セグメントが他方の前記アンテナ・セグメントよりも小さい直径を有することを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記少なくとも第1および第2のアンテナ・セグメントが前記チャンバのウィンドウの外表面に近接して配置されていることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記第1および第2のアンテナ・セグメント内の電流が前記セグメントの周りに同じ方位角方向に流れることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 誘導結合型プラズマを発生させるための装置であって、
チャンバ中に電磁界経路を形成するウィンドウと、該チャンバ中にプロセス・ガスを導入するように構成されたプロセス・ガス供給源とを有するプラズマ反応チャンバと、
前記チャンバのウィンドウに近接して配置された同様の形状の2つのアンテナ・セグメントを含む高周波アンテナと、前記アンテナ・セグメントに結合され、前記アンテナ・セグメント中の高周波電流を共振させるように構成された高周波発生源と、を備え、
前記高周波電流によって誘導された電磁界は、前記ウィンドウを通過し、プロセス・ガスを励起してイオン化し、それにより前記チャンバ内にプラズマを発生させ、また、
前記2つのアンテナ・セグメントが離間し、中心軸の周りに対称に配置されていることを特徴とする装置。 - 各アンテナ・セグメントがD字形であり、半円とその直径に略沿った直線とから構成されていることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- 前記アンテナ・セグメントの直線が互いに平行であり、前記ウィンドウの中心領域を覆い、これにより前記中心軸の周りに対称的なプラズマ密度が生じることを特徴とする請求項51に記載の装置。
- 前記2つのアンテナ・セグメントの入力端部が結合され、また、
前記2つのアンテナ・セグメントの出力端部が結合され、かつ、可変コンデンサを介して接地に終端されていることを特徴とする請求項50に記載の装置。 - 前記2つのアンテナ・セグメントの前記直線中の電流が同じ方向に流れることを特徴とする請求項51に記載の装置。
- 前記アンテナ・セグメントが単一の高周波電力源によって電力供給され、単一の整合回路網によって調整されることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- 発生したプラズマの密度が、前記アンテナ・セグメントがまたがる領域内で実質的に均一であることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- 前記アンテナ・セグメントが、それぞれ、高周波電力を前記チャンバの異なる領域中に結合し、これにより前記チャンバ中に全体的に均一なプラズマが生じることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- 前記アンテナ・セグメントが、前記チャンバのウィンドウの外表面に近接して配置されていることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- プラズマ反応チャンバ用の誘導結合型プラズマ・アンテナ・システムであって、
離間した第1および第2の同心電流経路を備え、
前記同心電流経路内の電流が、同じ方向に流れることを特徴とするシステム。 - 前記同心電流経路が、高周波電力を、前記チャンバ中の半径方向及び方位角的に異なる領域に結合し、かつ、前記チャンバ中で均一なプラズマ分布が得られるように協働することを特徴とする請求項59に記載の装置。
- 前記同心電流経路が、共面二次元構成、非平面的な三次元構成、またはその組合せで構成されていることを特徴とする請求項59に記載の装置。
- 半導体基板の露出した表面を、請求項1に記載の装置中で形成されたプラズマに接触させることによって処理する方法。
- 半導体基板の露出した表面を、請求項22に記載の装置中で形成されたプラズマに接触させることによって処理する方法。
- 半導体基板の露出した表面を、請求項50に記載の装置中で形成されたプラズマに接触させることによって処理する方法。
- 半導体基板の露出した表面を、請求項59に記載の装置中で形成されたプラズマに接触させることによって処理する方法。
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