JP3903034B2 - 蛇行コイルアンテナを具備した誘導結合プラズマ発生装置 - Google Patents
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Description
本発明の望ましい実施形態によれば、前記アンテナはその中心部に配置される円形コイルと、前記円形コイルの外側に配置されて前記円形コイルと連結される第1蛇行コイルと、前記第1蛇行コイルの外側に配置されて前記第1蛇行コイルと連結される第2蛇行コイルと、よりなることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置を提供する。
前記実施形態において、前記多数の永久磁石は前記アンテナにより形成される磁場の強度が相対的に弱い部位に配置されることが望ましい。
そして、前記多数の永久磁石は、その配置の最適化のために前記反応チャンバの中心軸を中心に回転自在に設置されて前記アンテナにより形成される磁場の強度分布によって位置を調節できるようになっていることが望ましい。
このような構成によれば、アンテナのインダクタンスが低くなり、容量結合を抑制し、かつプラズマの均一度を向上させることができる。
第1に、蛇行コイルの外側半径と内側半径との差及びジグザグ形態の反復周期などの最適化過程を通じて反応チャンバ内に形成される磁場の分布を調節することによってプラズマの均一度を向上させることができる。そして、コイルの断面形状及びコイルに流れる電流の方向を必要に応じて調節することによってアンテナインダクタンスを効率的に減らすことができ、これにより高い周波数を利用した効率的なプラズマ放電が可能になる。また、容量結合による影響も最小化できる。
図10に図示されたアンテナ220は、その中心部に配置される第1円形コイル222と、前記第1円形コイル222を周りの外側に配置される蛇行コイル224と、前記蛇行コイル224の周りの外側に配置される第2円形コイル226と、よりなる。すなわち、図10のアンテナ220は、図7に図示されたアンテナ120のコイル配置に付加して最外郭にさらに一つの円形コイル226が配置された構造を有する。したがって、前記蛇行コイル224の形状と作用及びそれによる効果は前述した第1実施形態と同一なので重複する説明は省略する。第2円形コイル226は蛇行コイル224の外側部分と隣接して配置される。例えば、第2円形コイル226と蛇行コイル224の外側部分の間の間隔は約1cm程度である。図10のアンテナ220においては、最外郭の第2円形コイル226の存在によって、アンテナ220の縁部で生成されるプラズマの密度が、前述の図7に示すアンテナ120(第1実施形態)よりもさらに高くなり、磁場のピークを半径方向及び円周方向に広めることができる。これについても後述する。
図11に図示されたアンテナ320は、その中心部に配置される円形コイル322と、前記円形コイル322の周りの外側に配置される第1蛇行コイル324と、前記第1蛇行コイル324の周りの外側に配置される第2蛇行コイル326と、よりなる。すなわち、図11のアンテナ320は図7に図示されたアンテナ120のコイル配置に付加して最外郭にさらに一つの蛇行コイル326が配置された構造を有する。さらに説明すれば、図11のアンテナ320は、図10に図示されたアンテナ220の最外郭の第2円形コイル226が第2蛇行コイル326に取り替えられた構造を有する。前記第1蛇行コイル324は図7に図示されたアンテナ120の蛇行コイル124と同一である。前記第2蛇行コイル326は、前記第1蛇行コイル324と同様に、円周方向に沿ってジグザグ形態に巻かれるが、ジグザグ形態は円周方向に沿って等間隔に多数回反復される。第2蛇行コイル326のジグザグ形態の反復回数は第1蛇行コイル324と同一であってもよい。そして、第2蛇行コイル326の内側部分(溝部)の半径(以下、内側半径という)は、第1蛇行コイル324の外側部分(縁部)の半径(以下、外側半径という)より小さくてもよい。すなわち、第2蛇行コイル326の内側部分が第1蛇行コイル324の外側部分の間に入るように配置されていてもよい。
図14を参照すれば、反応チャンバ410の上部には蛇行コイルアンテナ420が設置され、反応チャンバ410の外部には円周方向に沿って多数の永久磁石440が配置される。多数の永久磁石440は反応チャンバ410の円周方向に沿ってN極とS極とが交差するように配置される。
図15を参照すれば、マッチングネットワーク530は、RF電源532と蛇行コイルアンテナ520とを連結し、キャパシタ534は、蛇行コイルアンテナ520と並列にマッチングネットワーク530に連結されている。
111 上部カバー
112 静電チャック
114 ガス注入口
115 ガス分配口
116 誘電体ウィンドウ
118 真空吸入口
119 真空ポンプ
120 アンテナ
132 RF電源
134 RF電源
W ウェーハ
Claims (18)
- 内部が真空状態に維持される反応チャンバと、
前記反応チャンバの上部に設置されて前記反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナと、
前記アンテナに連結されて前記アンテナにRFパワーを供給するRF電源と、を具備し、
前記アンテナは相異なる半径を有する複数のコイルよりなり、前記複数のコイルのうち少なくとも一つは円周方向に沿ってジグザグ形態に巻かれた蛇行コイルであり、そして、
前記アンテナはその中心部に配置される第1円形コイルと、前記第1円形コイルの外側に配置されて前記第1円形コイルと連結される蛇行コイルと、前記蛇行コイルの外側に配置されて前記蛇行コイルと連結される第2円形コイルと、よりなることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。 - 前記第2円形コイルは、前記蛇行コイルの外側部分と隣接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 内部が真空状態に維持される反応チャンバと、
前記反応チャンバの上部に設置されて前記反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナと、
前記アンテナに連結されて前記アンテナにRFパワーを供給するRF電源と、を具備し、
前記アンテナは相異なる半径を有する複数のコイルよりなり、前記複数のコイルのうち少なくとも一つは円周方向に沿ってジグザグ形態に巻かれた蛇行コイルであり、そして、
前記アンテナはその中心部に配置される円形コイルと、前記円形コイルの外側に配置されて前記円形コイルと連結される第1蛇行コイルと、前記第1蛇行コイルの外側に配置されて前記第1蛇行コイルと連結される第2蛇行コイルと、よりなることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。 - 前記第1蛇行コイル及び第2蛇行コイルのジグザグ形態の反復回数は同じであることを特徴とする請求項3に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記第2蛇行コイルの内側半径は前記第1蛇行コイルの外側半径より小さいことを特徴とする請求項4に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記蛇行コイルのジグザグ形態は円周方向に沿って等間隔に多数回反復されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記蛇行コイルは放射状に伸びた多数の外側部分と、中心部側に曲がり込んだ多数の内側部分と、を有することを特徴とする請求項6に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記蛇行コイルの内側部分は前記反応チャンバの中心部近くに配置され、前記外側部分は前記反応チャンバ内の縁部に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項7に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 内部が真空状態に維持される反応チャンバと、
前記反応チャンバの上部に設置されて前記反応チャンバ内部に注入された反応ガスをイオン化してプラズマを生成する電場を誘導するアンテナと、
前記アンテナに連結されて前記アンテナにRFパワーを供給するRF電源と、を具備し、
前記アンテナは相異なる半径を有する複数のコイルよりなり、前記複数のコイルのうち少なくとも一つは円周方向に沿ってジグザグ形態に巻かれた蛇行コイルであり、そして、
前記複数のコイル間の連結は連結コイルにより行われ、前記連結コイルは前記複数のコイルが置かれている平面より垂直方向に高い位置に配置されることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。 - 前記複数のコイルのそれぞれは、幅が高さより小さな直四角形断面を有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記複数のコイルそれぞれは円形断面を有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記反応チャンバの外部には円周方向に沿って複数の永久磁石が配置されることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記複数の永久磁石は円周方向に沿ってN極とS極とが交差するように配置されることを特徴とする請求項12に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記複数の永久磁石は前記アンテナにより形成される磁場の強度が相対的に弱い部位に配置されることを特徴とする請求項12に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記複数の永久磁石は前記反応チャンバの中心軸を中心に回転自在に設置されて前記アンテナにより形成される磁場の強度分布によって位置を調節できるようにしたことを特徴とする請求項12に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記RF電源と前記アンテナを連結するマッチングネットワークと、前記マッチングネットワークと前記アンテナの間に前記アンテナと並列に連結されたキャパシタと、が設置されることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記アンテナを構成する前記複数のコイルは前記RF電源に直列に連結されることを特徴とする請求項16記載の誘導結合プラズマ発生装置。
- 前記アンテナを構成する前記複数のコイルのうち少なくとも一部のコイルは前記RF電源に並列に連結されることを特徴とする請求項16に記載の誘導結合プラズマ発生装置。
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