JP2022516752A - 誘導結合プラズマのための反復的コイル - Google Patents

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Abstract

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理装置に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、プラズマの生成および制御に関する。プロセスチャンバは、１つ以上のチャンバ壁を含み、処理領域を画定するチャンバ本体を含む。プロセスチャンバはまた、同心軸の周りに整列した２つ以上の誘導駆動高周波（ＲＦ）コイルを含み、ＲＦコイルは、チャンバ本体内にプラズマを発生させ維持するようにチャンバ壁の近くに配置され、２つ以上のＲＦコイルのうち少なくとも２つが、反復的構成になっている。【選択図】図４Ａ

Description

［０００１］本明細書に記載の実施態様は、一般に、基板を処理するための装置および方法に関する。より具体的には、本開示は、プラズマを生成および制御するための方法および装置、例えば、プラズマチャンバとともに使用される誘導結合コイルに関する。この方法および装置は、半導体プロセス、例えば、プラズマ堆積およびエッチングプロセス、ならびに集積回路を形成するために使用される他のプラズマプロセスに適用することができる。
［０００２］誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）プロセスチャンバは、一般に、プロセスチャンバの外側に配置された１つ以上の誘導コイルを用いて、プロセスチャンバ内に配置されたプロセスガスにイオン化を誘導することによって、プラズマを形成する。誘導コイルは、外部に配置され、例えば誘電体リッドによって、プロセスチャンバから電気的に分離されている。高周波（ＲＦ）電流が、ＲＦ電源からＲＦ供給構造を介して誘導コイルに供給されると、誘導結合プラズマが、誘導コイルによって生成された磁場からプロセスチャンバ内に形成され得る。
［０００３］基板処理において、単一のスパイラル誘導コイルは、コイルの長さ全体にわたって電圧降下を発生させ、コイルの隣接するターン間の電磁場結合は、同相または逆相の干渉を引き起こし、一方の端からもう一方の端までの電流分布の変動を引き起こす。これにより、非同心場パターンが発生し、標準以下の結果を生じさせる可能性がある。
［０００４］したがって、当技術分野では、改良されたコイルが必要である。
［０００５］本開示の実施形態は、一般に、半導体処理装置に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、改良されたコイルに関する。一実施形態では、プロセスチャンバは、１つ以上のチャンバ壁を含み、処理領域を画定するチャンバ本体を含む。プロセスチャンバはまた、同心軸の周りに整列した２つ以上の誘導駆動ＲＦコイルを含み、ＲＦコイルは、チャンバ本体内にプラズマを発生させ維持するようにチャンバ壁の近くに配置され、２つ以上のＲＦコイルのうち少なくとも２つが、反復的構成になっている。
［０００６］別の実施形態では、プロセスチャンバは、１つ以上のチャンバ壁を含み、処理領域を画定するチャンバ本体を含む。プロセスチャンバはまた、正電極と負電極を備える静電チャックを含み、電極に一定の電荷を供給するように、正電極と負電極との間に完全な回路が形成されている。プロセスチャンバはまた、同心軸の周りに整列した２つ以上の誘導駆動ＲＦコイルを含み、ＲＦコイルは、チャンバ本体内にプラズマを発生させ維持するようにチャンバ壁の近くに配置され、２つ以上のＲＦコイルのうち少なくとも２つが、反復的構成になっている。
［０００７］別の実施形態では、同心軸の周りに整列し、それぞれがＲＦ入力ラインおよびＲＦ出力ラインを有する２つ以上のＲＦコイルを含む高周波（ＲＦ）コイル構成が開示され、各入力ラインに対して、複数の出力ラインが存在し、それぞれが同じ長さである。
［０００８］本開示の上記の特徴が、詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、そのいくつかが、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、本開示は、他の同等に有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。
一実施形態によるクラスタ化された基板処理システムを概略的に示している。 様々な実施形態によるＲＦコイルの例示的な実施態様を示している。 様々な実施形態による異なるコイル構成を示している。 様々な実施形態による異なるコイル構成を示している。 様々な実施形態による異なるコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 様々な実施形態によるフラットコイル構成を示している。 一実施形態による反復的ＩＣＰシステムの等価回路を示している。
［００１４］理解を容易にするために、可能な場合は、図に共通する同一の要素を示すために、同一の参照番号が使用されている。一実施形態で開示された要素は、特定の列挙なしに他の実施形態で有益に利用され得ることが企図される。
［００１５］本開示の実施形態は、一般に、半導体処理装置および方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、複数の並列給電コイルを使用することによって同心場パターンを生成するＲＦコイルを作製する方法に関する。並列給電コイルは、本明細書に開示されるように反復的構成になっている。「反復的」という用語は、あらゆるＲＦ「入力」伝送ラインに対して、複数のＲＦ「出力」伝送ラインが存在し、各「出力」伝送ラインが、同じ長さで「入力」伝送ラインまで遡ることとして、定義される。代替的または追加的に、「反復的」という用語は、全ての「出力」伝送ラインが互いに電気的に同期していることとして、定義される。並列接続されたコイルの複数のセクションにＲＦコイルを分割することにより、方位角方向の非対称性が、各分割物において周期的に繰り返され、全体的な電磁場の変動が、空間平均で減少する。場の均一性が、半径方向と方位角方向で改善できる。セクションの数は、２つだけでもよく、任意の偶数または奇数まで多くすることができる。コイルは、各コイルが、３６０度／Ｎ（Ｎは整数）回転した複数のターンのスパイラル形状をとる構成を形成し、処理チャンバ内の基板の中心軸に対して繰り返しパターンを形成する。コイルは、直列もしくは並列に接続されることができ、またはコイルは、直列のいくつかのコイルからなるグループになるように接続されて、いくつかのグループを形成し、次にこれらが直列もしくは並列に接続されることができる、等々である。繰り返し率が高いと、繰り返し率が低い場合に比べて均一性が向上する。さらに、反復的コイルシステムを駆動するインピーダンス整合ネットワークが説明される。
［００１６］図１は、本明細書に記載の一実施形態による、クラスタ化された基板処理システム１００の概略図である。プロセスチャンバ１０２ａおよび１０２ｂが、ツインチャンバ構成で示されている。ハウジングが、プロセスチャンバ、ガス供給システム、高密度プラズマ生成システム、基板ホルダ、およびコントローラを規定する。ハウジングは、側壁とドーム状の筐体を含み、両方とも誘電体材料で作られている。高密度プラズマ生成システムは、プロセスチャンバと連結されている。基板ホルダは、プロセスチャンバ内に配置され、処理中に基板を支持する。コントローラは、ガス供給システムと高密度プラズマ生成システムを制御する。
［００１７］図１に示すように、プロセスチャンバ１０２ａおよび１０２ｂなどの２つの同一のチャンバを並べて配置することができる。共有ガス供給システム、高密度プラズマ生成システム、基板ホルダ、およびコントローラの配置は、スループット、膜品質、および／またはコストの考慮事項を最適化するように行うことができる。示されるように、ワークステーション１０４ａから１０４ｅなどの複数のツインチャンバワークステーションが、クラスタ化された基板処理システムを形成するように構成され得る。この実施形態では、５つのツインチャンバが示されているが、他の実施形態は、より多いまたはより少ないツインチャンバを有し得る。
［００１８］図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、様々な実施形態によるＲＦコイルの例示的な実施態様を示している。ワークステーション１０４ａを例として使用して、３つの構成が示されている。これらの図で説明されている各コイルは、複数のターンまたは部分的ターンを形成する円形または長方形の断面の単一の導体で構成されている。コイルの端は、ＲＦ電流を供給するために使用される。円形の断面が、ここには示されているが、他の実施形態では、断面は、長方形であってもよい。さらに、ＲＦコイルは、制限なくコイル内の冷却剤の流れを可能にするように、中空にすることができる。
［００１９］図２Ａに示されている構成２００では、２つの垂直ヘリカルＲＦコイルが、同心軸の周りに整列しているが、直径が異なっている。すなわち、内側コイル２０２の断面が示されている。外側コイル２０４の断面も示されている。内側コイル２０２は、外側コイル２０４よりも小さい直径を有する。ここに示されているコイル２０２およびコイル２０４の断面は、各コイルが、８つのドットによって表された４つのターンを有することを示している。
［００２０］第２の構成が、図２Ｂの構成２１０に示されている。上部コイル２１２が、ワークステーション１０４ａの上部に断面で示されている。断面を表す６つのドットで示されているように、上部コイルには３つのターンがある。側部コイル２１４が、ワークステーション１０４ａの側部に示されている。側部コイル２１４は、示されているように４つのターンを持っている。したがって、この構成は、同心軸の周りに整列した、１つの垂直ヘリカルコイルと、別のフラットなスパイラル形状コイルとを示している。
［００２１］図２Ｃに示すように、第３の構成が、構成２２０に示されている。この構成では、２つのフラットな反復的コイルである内側コイル２２２および外側コイル２２４が示されている。コイル２２２およびコイル２２４は、同心軸の周りに整列したフラットなスパイラル形状コイルである。この構成では、両方のコイルが、同じ平面上にあり、プラズマを囲んでいない。この実施形態では、内側コイル２２２は、４つのターンで示されている。この実施形態では、外側コイル２２４は、３つのターンで示されている。図示されていないが、内側コイル２２２を伴わない実施形態も実施することができる。
［００２２］図２Ａから図２Ｃに示される実施形態に関して、ＲＦ電流が、入力として知られているコイルの一方の端に供給される。ＲＦ電流は、出力として知られるもう一方の端を通ってコイルから出る。コイルの長さ全体に沿って、ある電流と電圧の分布が存在し、それが、コイルから離れて伝播し、誘電体チャンバ壁を通して電磁場を誘導し、適切なガス供給と圧力条件下でチャンバ内にプラズマを発生させて維持する。
［００２３］基板処理において、誘導コイルによって生成された電磁場は、基板の中心軸に関して同心のパターンを示す。コイルの軸が基板軸に対して同心である場合、コイルが生成する電磁場は、コイル経路に沿った電磁場伝播および必ずしも同心ではない境界条件のために、必ずしも同心であるとは限らない。
［００２４］本明細書に記載の実施形態では、複数の並列給電コイルを使用することによって同心場パターンを生成するＲＦコイルが、開示されている。並列接続されたコイルの複数のセクションにコイルを分割することにより、方位角方向の非対称性が、各分割物において周期的に繰り返され、全体的な場の変動が、空間平均で減少する。
［００２５］図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、様々なコイル構成を示している。図３Ａは、４．５ターンのスパイラルを形成する単一のＲＦコイル３００を示している。コイル３００などの単一のスパイラルコイルは、コイルの長さ全体にわたって電圧降下を発生させる。さらに、隣接するターン間の電磁場結合が、同相または逆相の干渉を引き起こし、コイルの一方の端からもう一方の端までの電流分布の変動を引き起こす。しかしながら、並列接続されたコイルの複数のセクションにコイルを対称的に分割することにより、方位角方向の非対称性が、各分割物において周期的に繰り返され、全体的な場の変動が、空間平均で減少する。
［００２６］図３Ｂは、対称的なＲＦ供給を備えた一組の並列なフラットコイル３１２を有する構成３１０を示している。４方向のコイル分割が示されている。図３Ｃは、同じく４方向のコイル分割における、対称的なＲＦ供給を備えた一組の垂直ヘリカルコイルを有する構成３２０を示している。一般に、分割が多いほど、コイルからのリップル効果は少なくなる。分割の数は、２つだけでもよく、任意の数まで多くすることができる。
［００２７］さらに、各分割物の長さは、１つのフルの長さよりも短い場合と長い場合がある。例えば、分割物は、ベースコイルがその軸の周りに回転した場合にそれ自体を複製できるように、半ターン、１フルターン、１．５ターンなどを有することができる。例えば、コイルは、２で複製される場合は１８０度回転し、３で複製される場合は１２０度回転し、４で複製される場合は９０度回転する、等々である。
［００２８］図４Ａは、プラズマ結合のためのＲＦ電流を流すためのフラットコイル構成を示している。構成４１０は、コイルの入力と出力との間に４つのターンがある単一のコイル４１２を示している。コイル４１２は、コイルの次のリングへの接続を行うために、各リングの一部分にキンクがある同心リングの形状をとる。キンク４１４のうちの１つは、ラベル付けされており、４つが図に示されている。電流は、経路１、すなわち４１６とラベル付けされたＲＦｉｎに沿ってコイルの中心に入る。矢印は、電流の方向を示している。電流は、図の左端にある経路２、すなわち４１８とラベル付けされたＲＦｏｕｔに沿ってコイルから出る。示されているように、電流は、コイルの周りを４回転する。キンク４１４が配置されているコイル４１２の部分では、コイルの方向は、コイルの他の部分のように同心ではない。
［００２９］図４Ｂでは、構成４２０は、コイルの入力と出力との間に５つのターンがあるコイル４２２を示している。コイル４２２は、スパイラル形状のコイルである。電流は、経路１、すなわち４２６とラベル付けされたＲＦｉｎに沿ってコイルの中心に入る。矢印は、電流の方向を示している。電流は、経路２、すなわち４２８とラベル付けされたＲＦｏｕｔに沿ってコイルから出る。
［００３０］図４Ｃは、一実施形態によるフラットコイル構成を示している。この実施形態は、２ｘ２構成と呼ばれることがある。すなわち、２つのコイルが、一緒に接続されて第１の組を形成し、他の２つのコイルが、一緒に接続されて第２の組を形成する。次に、第１の組と第２の組を接続できる。この場合には、これらの組は、並列に接続されている。
［００３１］構成４３０を図４Ｃに示す。４つのコイルは、１、２、３、および４とラベル付けされている。コイル１と２が、一緒に接続され、コイル３と４が、一緒に接続される。コイル１と２の組は、コイル３と４の組と並列である。
［００３２］動作中、電流は、コイルへ下がって行く矢印で示されているように、経路４３３またはＲＦｉｎに沿ってコイル１に入る。電流は、コイル１を通って流れ、図の右側の経路４３４に沿って上昇する。次に、電流は、経路４３５および４３６に沿って流れ、コイル２へ下降する。電流は、コイル２を通って流れ、次に、図の左側に示されている経路４３７を通って上昇する。
［００３３］一方、電流は、コイル１と２に並列なコイル３と４にも流れている。電流は、経路４３８を下ってコイル３に流れ込む。コイル３を通って流れた後、電流は、経路４３９を通って上に流れる。次に、電流は経路４４０を横切って下へ流れ、経路４４１を経由してコイル４に流れ込む。最後に、電流は、経路４４２またはＲＦｏｕｔを経由してコイル４から流れ出る。
［００３４］図４Ｄは、構成４５０を示している。構成４５０も２ｘ２構成である。コイル１と２が、一緒に接続され、コイル３と４が、一緒に接続される。コイル１と２の組は、コイル３と４の組と並列である。
［００３５］動作中、電流は、コイルへ下がって行く矢印で示されているように、経路４５１またはＲＦｉｎに沿ってコイル１に入る。電流は、コイル１を通って流れ、図の右側の経路４５２に沿って上昇する。次に、電流は、経路４５３および４５４に沿って流れ、コイル２へ下降する。電流は、コイル２を通って流れ、次に、図の左側に示されている経路４５５を通って上昇する。
［００３６］一方、電流は、コイル１と２に並列なコイル３と４にも流れている。電流は、経路４５６を下ってコイル３に流れ込む。コイル３を通って流れた後、電流は、経路４５７を通って上に流れる。次に、電流は、経路４５８を経由してコイル４に流れ込む。最後に、電流は、経路４５９またはＲＦｏｕｔを経由してコイル４から流れ出る。
［００３７］図４Ｅおよび図４Ｆは、追加の構成４６０および４８０を示している。これらの構成のそれぞれで、コイルは、直列に接続されている。図４Ｅの構成４６０では、電流は、経路４６１を経由してコイル１に流れ込む。コイルは、この例では、１．５ターンしており、電流は、経路４６２を経由してコイル１から流れ出る。電流は、経路４６３に沿って流れ、経路４６４を下ってコイル２に流れ込む。コイル２も１．５ターンしており、電流は、経路４６５を経由してコイル２から流れ出る。
［００３８］コイル２を出た後、電流は、経路４６６に沿って流れ、経路４６７を下ってコイル３に流れ込む。電流は、コイル３の１．５ターンを通って流れ、次に図の右端に沿った経路４６８を上って、経路４６９を横切って流れる。次に、電流は、経路４７０を下ってコイル４に流れ込む。電流は、コイル４の１．５ターンを通って流れ、経路４７１（ＲＦｏｕｔ）を経由してコイル４から流れ出る。
［００３９］構成４８０を図４Ｆに示す。構成４８０は、構成４６０に類似しているが、コイル間の接続が、わずかに異なる。電流は、経路４８１（ＲＦｉｎ）を経由してコイル１に流れ込む。コイルは、この例でも、１．５ターンしており、電流は、経路４８２を経由してコイル１から流れ出る。電流は、経路４８３に沿って流れ、経路４８４を下ってコイル２に流れ込む。コイル２も１．５ターンしており、電流は、経路４８５を経由してコイル２から流れ出る。
［００４０］コイル２を出た後、電流は、経路４８６に沿って流れ、経路４８７を下ってコイル３に流れ込む。電流は、コイル３の１．５ターンを通って流れ、次に経路４８８を上って、経路４８９を横切って流れる。次に、電流は、経路４９０を下ってコイル４に流れ込む。電流は、コイル４の１．５ターンを通って流れ、経路４９１（ＲＦｏｕｔ）を経由してコイル４から流れ出る。
［００４１］上記のように、図４Ｃから図４Ｆの実施形態に示される４つのコイルは、直列に接続されることができ、並列に接続されることができ、または２つの脚を用いて直列接続で接続されて、２つの組を形成し、これらが次に並列接続で接続されることができる。別の接続の実施形態は、２つのコイルの並列接続を形成することであり、次に、並列コイルのこれらの組が、互いに並列に接続される。個々のコイルが反復的に配置されている限り、コイルによって生成された磁場は、各繰り返しで繰り返され、方位角方向に沿った磁場の周期的パターンが生じる。一般に、繰り返しが多く存在するほど、場は、方位角方向において均一になる。上記の例では、図４Ｃから図４Ｆの構成は、図４Ａと図４Ｂの構成よりも、半径方向と方位角方向の場の均一性が向上している。
［００４２］図５は、一実施形態による例示的なインピーダンス整合ネットワーク５００を示している。インピーダンス整合ネットワークは、５０オームの特性インピーダンスを持つＲＦジェネレータを使用して特定の反復的コイル構成を駆動するために使用される。ＲＦ生成信号５０２は、インピーダンス整合ネットワークに入り、コイル５０４を通って移動し、そこでプラズマが生成され、その後、接地５０６に出る。３コンデンサインピーダンス整合ネットワーク５００が、ここには示されている。負荷コンデンサ５０８、調整コンデンサ５１０、およびリターンコンデンサ５１２が、コイル電力入力およびコイル電力出力に結合し、３つのコンデンサに正しい値が選択されている場合、リアクタンスなしで５０オームのインピーダンスを生成する。インピーダンス整合ネットワーク５００は、５０オームの負荷ではないコイル５０４を、５０オームの負荷であるジェネレータと整合させる。コイル５０４は、実部および虚部Ｒｓ＋ｊωＬを備えた、小さな抵抗器および大きなインダクタとしてモデル化される。インピーダンス整合ネットワーク５００は、このＲｓ＋ｊωＬを５０オーム回路の等価物に変換する。インピーダンス整合ネットワーク５００と整合すると、ジェネレータは、出力を最大化することができる。
［００４３］コンデンサ５０８、５１０、および５１２の組の値は、コイル負荷インピーダンスの影響を受ける。コンデンサの値をますます高くすることで、抵抗値とインダクタンス値を低くすることができる。正確な抵抗値およびインダクタンス値は、個々の反復的コイル５０４、およびコイル５０４が接続される方法（直列、並列、または上記のような接続の組み合わせのいずれか）によって影響を受ける。一般に、コイルの抵抗は、コイルが並列に接続されている場合は減少し、直列に接続されている場合は増加し、インダクタンスに対して同様の効果がある。
［００４４］コンデンサ５０８、５１０、および５１２の組の値はまた、ＲＦ周波数の影響も受ける。一般的な周波数値は、３５０ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２５ＭＨｚ、および６０ＭＨｚである。本明細書に記載の実施形態では、任意の他の適切な周波数の値を使用することができる。
［００４５］コイル５０４の直列抵抗およびインダクタンスは、コイルに供給される電圧および電流、ならびにプラズマに結合される電力に影響を与える。一般に、直列抵抗は、電流を制御し、インダクタンスは、コイル５０４の電圧を制御する。結果として生じるコイル５０４の電圧および電流は、コンデンサに制限を課し、コンデンサの定格電圧および定格電流が、所与の供給電力仕様、ならびに整合ネットワークから受け継いだ電力損失に対して、インピーダンス整合ネットワーク５００で使用される。
［００４６］プラズマ負荷を伴うコイル負荷インピーダンスを正確に測定する装置および方法が、本明細書に記載されている。同一のＲＦ電圧および電流センサの対（センサ５１４および５１６）が、コイル５０４の電力入力端および電力出力端に配置され、既知の電力を短絡バイパスストラップに流し、次に５０オームのダミー負荷に流すことによって生成された既知の電圧と電流でセンサ５１４および５１６を較正した後、リアルタイムで電圧および電流波形を動的に測定する。センサ５１４は、ＲＦｉｎセンサと呼ばれ、センサ５１６は、ＲＦｏｕｔまたはリターンセンサと呼ばれる。バイパスＲＦストラップは、適切に設計されている場合、５０オームのＲＦジェネレータに向けて反射電力を発生させず、センサ５１４および５１６の両方を通過する既知の電圧および電流を運ぶ。次に、センサ５１４および５１６は、電力入力端および電力出力端でプラズマ負荷を伴うコイル５０４によって生成された電圧および電流を確認し、リアルタイムで負荷インピーダンスを計算するために使用されるであろう。
［００４７］反復的コイル構成の磁場分布は、コイルからの距離に依存する。いくつかの実施形態では、最も均一な磁場位置は、コイルから近くまたは遠くではなく、「最良の場の均一性のための範囲を形成する所定の１つまたは複数のスポット」内にあり得る。同様に、プラズマ密度の最良の均一性もまた、１つまたは複数のスイートスポットで発生する可能性があり、基板運動システムを使用して、そのようなスポットを見つけることができる。したがって、いくつかの実施形態では、垂直運動機構を使用して、堆積、エッチング、およびトリートメントの結果に最適な均一性を見つけることができる。
［００４８］特定の実施形態の別の態様では、反復的コイルのいくつかのグループ（各グループは、別個のＲＦ整合ネットワークおよびジェネレータによって駆動される）を使用して、プラズマ均一性をさらに最適化する反復的コイルグループのそれぞれからの好ましい重ね合わせを生成する。反復的コイルの複数のグループを使用して、各反復的コイルグループに供給される電力を制御することにより、プラズマの中心から端までのプロファイルを動的に調整することができる。
［００４９］いくつかの実施形態では、静電チャック（ＥＳＣ）は、薄膜堆積、エッチング、およびトリートメント用途のために約１００℃から約７００℃の温度範囲で動作するジョンソン－ラーベック（Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｒａｈｂｅｋ）ＥＳＣを用いる。動作温度は、所与の時間での、または動作温度が実質的に一定である期間にわたる、リアルタイムの温度測定に基づく閉ループで制御することができる。動作温度はまた、いくつかの実施形態では、事前に決められたパターンに従うように変化してもよい。ＥＳＣの表面全体での温度ばらつきは、十分に小さく、例えば、平均動作温度に対して１０％未満である。
［００５０］いくつかの実施形態では、ＥＳＣは、閉ループ電気回路を形成する１つ以上の埋め込まれた電極を組み込んで、基板の裏側とＥＳＣの上面との間に反対の電荷極性を提供することができる。閉ループは、基板と、ＥＳＣ自体および他の支持部品を収容する導電性の壁との間に維持されるプラズマを含み得る。
［００５１］いくつかの実施形態では、ＥＳＣは、優れたチャッキング性能を提供するために適切な熱的、機械的、および電気的特性を有するバルク誘電体材料から構成される。バルク誘電体材料は、１０００°Ｃを超える温度で焼結された窒化アルミニウムを主に含み、事前に決められた形状のＥＳＣの本体を形成する。ＥＳＣ本体は、事前に決められた形状と表面状態に従うように機械加工および研磨することができる。特に電気的特性に関して、誘電体材料の体積抵抗率は、動作温度に応じて、約１×１０７オームセンチメートルから約１×１０１６オームセンチメートルの範囲に収まるように制御される。体積抵抗率が低いと、埋め込まれたチャッキング電極からＥＳＣの上面に向かって電荷が移動し、表面電荷が、基板の裏側に同じ量の反対極性の電荷を誘導することができる。反対極性の電荷は、放電に対して維持され、ＥＳＣに対して基板をクランプする連続的なクーロン引力を生成することができる。
［００５２］いくつかの実施形態では、ＥＳＣは、１つの特定のパターン、またはＥＳＣ本体内の異なるゾーンを占めるいくつかの特定のパターンを形成する埋め込まれたヒーター要素を組み込むことができる。ヒーター要素は、１つもしくは複数のＤＣ電源で電力供給されてもよいし、またはＡＣラインを使用して直接に電力供給されてもよい。
［００５３］いくつかの実施形態では、ＥＳＣは、ＥＳＣの近くに存在するか、または他の場所からＥＳＣに結合され得る高周波および低周波の電圧および電流による潜在的な危害から保護するための電気的保護回路のネットワークを組み込むことができる。保護回路は、１つの周波数内にのみ分布していてもよいし、またはＤＣから、ＡＣライン周波数、ＲＦ周波数、ＶＨＦ周波数までの広い周波数スペクトルにわたって広がっていてもよい、潜在的に有害な電圧と電流の十分な減衰を実現するために、ヒューズ、スイッチ、接地への放電経路、電流制限デバイス、電圧制限デバイス、およびフィルタリングデバイスで構成することができる。
［００５４］いくつかの実施形態では、ＥＳＣの上面は、クランプ時に均一または不均一なパターンを形成する表面接触フィーチャを含み得る。パターンは、基板の裏側の全領域の完全な被覆または部分的な被覆として、基板の裏側に存在し得る。パターンの接触面は、機械加工および研磨の結果として微小な粗さを有することができ、適切な厚さの、ＥＳＣ本体と実質的に同じ材料または異なる材料のコーティングを含み得る。表面接触フィーチャは、別個の島々、すなわち基板の裏側と接触するように構成された上面を有するメサ構造の形態であり、島の形状は同一または異なるかのいずれかであり、ＥＳＣ表面全体にわたって均一な密度または非均一な密度のいずれかで分布し得る。上面はまた、ブロッキングフィーチャを含むことができ、ブロッキングフィーチャの上面は、処理中に基板と接触しておらず、基板処理中、または基板がチャックされる前に、望ましくない基板の移動を防止するために、基板の高さと同等またはそれよりも高く上昇させることができる。ブロッキングフィーチャは、ＥＳＣ本体の周囲に等間隔で配置されてもよいし、またはＥＳＣに取り外し可能な連続したリングタイプの構造の中に延びていてもよい。
［００５５］プラズマがリターン回路として機能することなく基板をチャックするアプリケーションでは、本明細書の実施形態は、１つより多いチャッキング電極が窒化アルミニウムセラミックヒーターに埋め込まれているジョンソン－ラーベック型のバイポーラ電子チャッキングを実施する方法を含む。埋め込まれた電極の最小数は、２つであり、１つは正電荷用、もう１つは負電荷用である。２つの電極間には、それぞれの電極に一定の電荷を供給するために、リターンのある完全なＤＣ回路が形成される。電極は、任意の特定のパターンまたは形状の複数のピースを含み得る。例えば、電極は、均一性を提供するために、必要に応じて、２つの半分から構成されるか、インターデジタルであるか、サーペンタインであるか、または半径方向もしくは方位角方向にセグメント化されてもよい。
［００５６］電極および電極間に印加すると、正電極と負電極との間のクーロン引力は、基板をセラミックヒーター表面に取り付けたままにするのに十分なチャッキング力を生成できる。印加電圧を取り除いた後に、デチャックが起こるが、残りの電荷は、高温下で半導電性であるセラミック材料を通って消耗する。
［００５７］上記は、本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. １つ以上のチャンバ壁を備え、処理領域を画定するチャンバ本体と、
    同心軸の周りに整列した２つ以上の誘導駆動高周波（ＲＦ）コイルであって、前記ＲＦコイルが、前記チャンバ本体内にプラズマを発生させ維持するように前記チャンバ壁の近くに配置されており、前記２つ以上のＲＦコイルのうちの少なくとも２つが反復的構成である、ＲＦコイルと、
    を備えるプロセスチャンバ。
  2. 前記ＲＦコイルが、４つのコイルを含む、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
  3. ４つのＲＦコイルのそれぞれが、直列接続されている、請求項２に記載のプロセスチャンバ。
  4. ４つのＲＦコイルのそれぞれが、並列接続されている、請求項２に記載のプロセスチャンバ。
  5. ２つのＲＦコイルの第１の組が、直列接続であり、２つのＲＦコイルの第２の組が、別個の直列接続であり、前記第１の組が、前記第２の組と並列である、請求項２に記載のプロセスチャンバ。
  6. ２つのＲＦコイルの第１の組が、並列接続であり、２つのＲＦコイルの第２の組が、別個の並列接続であり、前記第１の組が、前記第２の組と並列である、請求項２に記載のプロセスチャンバ。
  7. 各ＲＦコイルが、複数のターンまたは部分的ターンを形成する単一の導体を含む、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
  8. 各ＲＦコイルが、前記コイル内の冷却剤の流れを可能にするように中空である、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
  9. 前記ＲＦコイルによって生成された電磁場が、前記コイルの中心軸に関して同心のパターンを示す、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
  10. 各ＲＦコイルが、ＲＦジェネレータと、各ＲＦコイルに供給される電力を調整するためのインピーダンス整合ネットワークとを有する、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
  11. ＲＦジェネレータが、複数のＲＦコイルを駆動する、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
  12. １つ以上のチャンバ壁を備え、処理領域を画定するチャンバ本体と、
    正電極と負電極を備える静電チャックであって、前記電極に一定の電荷を供給するように、完全な回路が前記正電極と前記負電極との間に形成されている、静電チャックと、
    同心軸の周りに整列した２つ以上の誘導駆動高周波（ＲＦ）コイルであって、前記ＲＦコイルが、前記チャンバ本体内にプラズマを発生させ維持するように前記チャンバ壁の近くに配置されており、前記２つ以上のＲＦコイルのうちの少なくとも２つが反復的構成である、ＲＦコイルと、
    を備えるプロセスチャンバ。
  13. 前記電極のうちの少なくとも１つが、あるパターンの複数のピースを含む、請求項１２に記載のプロセスチャンバ。
  14. 前記ＲＦコイルが、４つのコイルを含む、請求項１２に記載のプロセスチャンバ。
  15. 高周波（ＲＦ）コイル構成であって、
    同心軸の周りに整列した２つ以上のＲＦコイルを含み、各ＲＦコイルがＲＦ入力ラインおよびＲＦ出力ラインを有し、各入力ラインに対して複数の出力ラインが存在し、各出力ラインが同じ長さである、ＲＦコイル構成。
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