JP5020817B2

JP5020817B2 - Ｒｆソース、プラズマ処理装置およびプラズマによるウェーハの処理方法

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Publication number: JP5020817B2
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Inventors: ミルコ・ヴコヴィック
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Description

本発明は、プラズマ処理機器の真空処理チャンバ内の高濃度ＲＦプラズマを活性化することに関わり、特に、ＲＦエネルギーを金属蒸気または金属イオンを含んだプラズマにカップリングするためのアンテナの利用に関する。

半導体製造での半導体ウェーハ上への金属の蒸着（堆積）において、処理ツールの性能を改善するために、主要なスパッタリングプラズマソースに加えてプラズマソース（プラズマ源）が使われる。例えば、ウェーハ上への金属のイオン化物理的気相蒸着（ｉＰＶＤ）では、蒸着される金属原子の電離部分の増加を作り出すようにプラズマ密度を増やすため、補足的なプラズマソースがしばしば使われる。これは、基板ウェーハ上のＲＦバイアスと混合され、ウェーハ表面上の特徴(feature)の有効範囲に改善をもたらし、そのような特徴に対する閉鎖的な障害を減らす。同様に、多くのｉＰＶＤおよび他のプロセスに伴うソフトエッチング段階の際に、許容できる均一なエッチング速度を維持するようなウェーハレベル(wafer level)において、またウェーハへのプラズマ損傷を排除するのに十分に低いＤＣバイアス電圧レベルにおいて、高密度のプラズマを提供するために補助的なプラズマソースが使用される。さらに、種々のプロセスのプリ清浄化段階（前清浄化段階）の際に、ウェーハのソフトエッチングを行なうことがやはり望ましい。ソフトエッチングプロセスの場合などでは、プロセス処理能力とウェーハへのプラズマ損傷の減少に伴って、プラズマの濃度と均一性が望まれる。

ｉＰＶＤでは、追加のプラズマソースがＲＦアンテナを含み、処理空間に内部的または外部的にマウントされる。両方のアンテナ位置は利点と不利な点を持っている。ソフトエッチングプロセス段階がｉＰＶＤモジュールで実行されるところでは、ＲＦパワー（エネルギー）は、プラズマを生成し、ウェーハに直流（ＤＣ）バイアス電圧を提供するために処理されるウェーハに、主に適用される。この方法は均一なプラズマを作り出すが、しかしそれは１００Ｖを超える高いバイアス電圧においてである。このような場合、小さな誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）がエッチング速度を改善し、バイアス電圧を減らす。また、このようなプラズマは、しばしば、エッチング均一性を劇的に低下させる。プリ清浄化段階の適用においては、通常、プリ清浄化プロセスは別のプロセスモジュールで行なわれる。典型的には、プリ清浄化に対するプラズマのソース（源）は誘電体ウインドウ（窓）を通して真空チャンバにパワーを伝える外部のＩＣＰコイルを含む。スパッタリングされる金属がウインドウをコーティングして、チャンバへのＲＦ侵入を減らすようになること避けるために、そのウインドウはしばしば何らかの複雑な蒸着バッフル（baffle）またはシールドによって保護される。

ｉＰＶＤのためのＲＦプラズマソースは内部コイル設計を利用することができ、そのコイルはプラズマ中に浸漬される。このようなコイルにかけられる高電圧に起因して、プラズマはコイルにスパッタし、コイル取替えを必要ならしめる。コイル電圧およびコイルスパッタリングを減らすために、通常、コイルは約４５０ｋＨｚで動作させられる。さらに、プラズマの大きな熱負荷に起因して、コイルには水冷を必要とし、コイル構造を複雑にしている。

ｉＰＶＤの内部コイルに対する他のアプローチ（取り組み）は、特許文献１においてDreweryらによって採用された一形態としての外部のアンテナ設計である。このアプローチでは、ＲＦコイルが処理チャンバの外部にあって、大気中に位置している。アンテナからのＲＦ場は、誘電体ウインドウを通してチャンバに入り込む。ＲＦへの誘電体ウインドウの透明性（透過性）を維持するために、このウインドウは、なおもＲＦ透明性を提供するという方式でプラズマにおける金属イオンからシールドされうる。このウインドウのシールドは蒸着バッフルまたはシールドの導入によって解決される。このシールドは金属イオンの大多数に対して不透明となるよう設計される。Dreweryらの特許文献１に記載されているように、ＲＦアンテナ導体部分の方向に対して一様に垂直な長いスロットを備えた電気伝導性材料のシールドを導入することによって、それは達成されている。このアプローチは内部コイル設計の問題のいくつかを除去するが、蒸着シールドの複雑さの障害を被る。この蒸着シールドは２つの対向する目的を達成しなければならない。つまり、ＲＦ透明性と金属不透明性である。これらの目標は、一つのことが大抵他の犠牲の下に達成されるようなものであるのと類似して、容易には達成されない。

誘電体ウインドウのＲＦ透明性減少の可能性は、誘電体ウインドウを金属蒸着から保護する必要性を生じる。この保護は蒸着シールドによって提供でき、それは、複雑（複合的）なスロット形状（シェブロン(chevron)のような）からなる一部材、または重なり合っているスラット(slat：薄板)による二部材アセンブリ（組立体）、のいずれかから成っている。両タイプのシールドは透過損失を誘起し、ＲＦソース(RF source)の効率減少をもたらす。効率の減少、およびＲＦソース全体の出力上のその効率は、コイルにかける電圧を順に増やすコイルの電流増加によって相殺することができる。これは、調整回路(tuning network)と、コイルから該調整回路までのＲＦコネクタなどの、ＲＦ回路の他の部品の複雑さの増加を順に招来する。

３０〜１００ｍＴｏｒｒの範囲のｉＰＶＤ圧力においては、１０^１２ｃｍ^−３かそれ以上のオーダーの濃度と、４〜５ｅＶの電子温度を持った激しいプラズマが、ＲＦソースの近くに作られる。結果として、シールドは高い熱負荷を受けさせられ、２０パーセントに及ぶＲＦパワー、あるいはそれを超えるＲＦパワーまでもが、プラズマ熱負荷の形態でシールドに戻って蓄積される。これは、特に蒸着用途、例えばイオン化物理的気相蒸着（ｉＰＶＤ）用途における場合である。これらの問題は、ＲＦパワーの取り扱いと部品冷却の必要性を単純化するような低いパワーを通常は伴うにも拘らず、ソフトエッチングおよびプリ清浄化工程の用途にも当てはまる。
米国特許第６，２８７，４３５号明細書米国特許第６，７１９，８８６号明細書ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ/ＵＳ００/３１７５６号明細書米国特許出願公開第１０/７１６，７２９号明細書

従って、上述の障害を克服するＲＦ動力源が必要である。

本発明の主要な目的は、従来技術の不利な点を最小にするｉＰＶＤおよび他の処理用途のためのＲＦプラズマソースを提供することである。

本発明の他の目的は、以前には一つの機器で利用可能でなかった従来技術の異なったアプローチの利点と最良の特徴を結合し、そして効果的および効率的にそれを行うことである。

本発明の原理は、本発明によってソフトエッチングプロセスおよびプリ清浄化プロセスの用途、さらにｉＰＶＤのために使用するのに適したウェーハレベルのプラズマソース、または２００３年１１月１９日に出願された特許文献４に記載されたタイプに対して、例えば、特許文献２、特許文献３で開示されたタイプのｉＰＶＤプロセスモジュールの実施形態の状況の下に説明する。

本発明のある特定の実施の態様によれば、以下の特徴の一つ以上を持つプラズマソース（プラズマ源）が提供される：
コイルとシールドがＲＦコイルの周りでの寄生的な放電の点火を避けるような寸法に作られているプラズマシールドによってシールドされたコイル。プラズマシールドが高温に耐え、プラズマ熱負荷の大部分を吸収し、それによって積極的にＲＦコイルを冷却する必要性を排除するように設計されている、そのようなプラズマシールドによってシールドされる内部コイル。後方にバックプレートが提供されたＲＦである内部コイルで、熱的に接地（グランドまたはアース）され、その状況で、前記バックプレートがチャンバ壁の一部を成すことができ、その代わりにまた好ましくは、別個の除去可能な構成部材であるもの。コイル断面がコイルの後方のバックプレート上への金属蒸着を減らすようなものである内部コイルとバックプレート。ＲＦコイルの形状が、バックプレートに面する側にマウントされたスティフナー（補強体）によって維持される内部コイル。コイルを支持する補強体であって、誘電材料からなると共にコイルに付けることができるいくつかの放射状補強体を含む補強体であり、好ましくはバックプレートと接触しないもの。プラズマに面する側においてコイルの一のターンから他のターンへと蒸着される材料の導電性通路の形成を避けるように形作られたコイル補強体。コイルからバックプレートの設計間隔、好ましくは２ｍｍ以下を保持するために、バックプレートがコイル補強部材に対応する位置で機械加工されたグルーブを持つような、コイルとバックプレートのアセンブリ（組立体）。シールドがプラズマ熱負荷の大部分を吸収するよう構成され、金属流動の無視できない部分がコイル上に蒸着されることを可能にするコイルとプラズマシールドであって、シールドの形状を単純化し、そのＲＦ透明性を増加させるもの。ＲＦ透明性のためのいくつかの放射状のスロットを持ったそのようなシールド。コイルＲＦ供給部(feed：フィード)のための真空シール。コイル中心がバックプレートに熱的および電気的に接地されたコイルとバックプレートのアセンブリ（組立体）。コイルの外の部分に接続されたＲＦ供給部と、二部材のシールアセンブリを備えたバックプレートに対する真空シールとを持ったコイルとバックプレートのアセンブリ。

本発明の目的を達成し、従来技術を改善する本発明の特徴にはいくつかの利点がある。バックプレートは、外部のコイル形状における誘電体ウインドウよりかなり大量の金属蒸着を維持することができる。コイルスティフナーはコイルがたるんで、プラズマシールドと接触することを避ける。バックプレートは真空に対する大気圧の大部分を支持する。ｉＰＶＤソースに対する本発明の他の利点は、金属流動シールドに関する少ない制限的要件を含むことである。シールドはプラズマ熱負荷からコイルをシールドする。いくらかの金属がシールドを通過してコイル上への蒸着を可能にし、複雑さの少ないスロットによって薄いシールドと良好なＲＦ透明性を可能にする。コイルは積極的に冷却する必要がなく、スパッタリングされず、それにより消耗品とはならないが、時々は金属蒸着を清浄化することができる。コイルは小さな伝導スペースに収まるので、そのインダクタンスは典型的なｉＰＶＤソースより約５０％小さくなり、コイル電圧の減少をもたらして２つの方法で有効利用することができる。すなわち、１）調整回路とＲＦコネクタの設計および構築における制約条件を幾分か単純化することか、または、２）コイル電流の減少のためにコイル電圧を減らすことを、例えばコイル巻き数を減少してコイルを通る電流を減らすことで置き換えること、である。このようなソースコイルは３次元的ＩＣＰコイルよりも遥かに小さな輪郭を持つ。

本発明の他の実施の態様によれば、処理機器には、以下の特徴の１つ以上を持ったウェーハレベルプラズマソースが設置される。本発明のさらに有用な実施の態様は、ｉＰＶＤと誘導結合プラズマエッチング装置にある。ウェーハレベルソースでは、このようなソースの半径は、ソースがウェーハに面するような実施の態様におけるＩＣＰソースの場合よりも大きい可能がある。真空シールは、ソースを完全な真空にすることを問題としなくてもよい。ＲＦ供給部を激しいプラズマから守るために、その供給部を専用の管路で囲むことができる。ウェーハサポート（支持体）の一部は、ＲＦバイアスの適用に起因して通常はＲＦ加熱にあり、また、通常提供されるウェーハサポートシールドはＲＦ加熱またはＲＦ浮遊のいずれかでありうる。ソースはウェーハテーブルアセンブリとは別に接地することができる。さらに、ウェーハサポートシールドはＲＦ接地でき、またはＲＦ加熱でありうるか、または浮遊状態でありうる。

用途に応じて、いくつかの特徴が多かれ少なかれ重要である。専ら低圧力の用途において、コイルからバックプレートまでの間隔への要求は２ｍｍを超えうる。また、例えば数百ワットの範囲内での動作のようにプラズマ熱負荷またはスパッタリングが過度でないならば、プラズマシールドを省いてもよい。全く逆に非常に高濃度プラズマに対しては、コイルとプラズマシールドの積極的な冷却は必要となりうる。また、用途によっては、接地面とスティフナー上の金属蒸着レベルは容認できないかもしれない。このような場合は、コイル断面を矩形からシェブロン(chevron)形状に変えることができ、それによりコイル導体自体がコイルの視線方向のラインを塞ぐ。さらに複雑な場合、この形状はコイル後方の金属蒸着のレベルをかなり減らすことになる。

エッチング用途においては、本発明は、低い電圧において均一で高いエッチング速度をもたらす。本発明の他の適用は、ＩＰＶＤモジュールにおける前洗浄化段階をインシチュで行うことを可能にする。

本ソースは、主なＩＣＰソースとともに使うことができ、あるいは完全にそれを置き換えることができる。このソースは、特にここで説明したものに加えて、金属原子またはイオンのスパッタリングを含んだ種々のプロセス用途で使うことができる。

本発明のこれらおよび他の目的と利点は、以下の詳細な説明から一層容易に明白となるであろう。

図１は特許文献１および特許文献２に記載されたタイプのｉＰＶＤ装置１０を示す。機器１０は、接地された金属チャンバ壁１１によって囲まれた真空処理チャンバ１２を含む。上方に面したウェーハサポート１３は、処理のためのチャンバ１２内で半導体ウェーハ１４を支持する。チャンバ壁１１上方の面における円形の開口１６には、通常は金属であるコーティング材料から形成された円錐台形のスパッタリングターゲット２４を含むコーティング材料ソース２１が存在し、それによってウェーハ１４の上面がコーティングされる。永久磁石パック２６はターゲット２４の後方に配置され、ターゲット２４のスパッタリング表面２７にわたる静的な磁界を制限するプラズマを提供する。ＤＣ（直流）電力源２５はターゲット２４とシステムグランド１５（システム接地）との間に接続され、負のＤＣスパッタリング電圧をターゲット２４に印加する。ＲＦバイアス電源２９は基板サポート１３とシステムグランド１５の間に接続されている。

ターゲット２４の中央における開口２８に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ソース２０が支持され、チャンバ１２の中でターゲット２４とウェーハ１４との間の処理空間３０により高濃度プラズマを維持するＲＦエネルギーを生成する。ＩＣＰソース２０は、システムグランド１５と内部ＲＦコイルかアンテナ４０のリード４１との間に調整回路２２ａを通して接続されたＲＦ電源２２を含む。ＩＣＰソースはターゲット２４に対しシールされており、それは順にチャンバ壁１１に対しシールされ、それによってチャンバ壁１１内で開口１６のために強固な真空封止を形成している。電気絶縁体３２と３３は、それぞれチャンバ壁１１とＩＣＰソース２０からターゲット２４を隔離する。

図２は本発明の実施形態によるプラズマソース２０の一部の拡大断面図である。本実施形態のプラズマソース２０は、プラズマシールド４２によってシールドされた内部コイル４０を含む。コイル４０とシールド４２は、コイル４０の周りの間隔３８がＲＦコイル４０の周りでの寄生的な放電の点火を避けるように十分狭くなるような寸法に作られている。プラズマシールド４２は、高温に耐え、プラズマ熱負荷の大部分を吸収するよう設計される。この特徴は、積極的にＲＦコイルを冷却する必要性を排除する。このようなシールド設計は、熱を分配し伝導するための十分な量の高熱伝導性材料からなるシールドを形成することを含むが、シールド４２から効果的に熱を除去するために、チャンバ壁１１のヒートシンク（放熱体）に接触する十分な面積を提供する。

図１Ａは、図１のライン１Ａ−１Ａに沿ったソース２０の図式的に示す底部であって、一様にらせん状の形態を持ったコイル４０と、円周の周りに一様な放射方向にあり、コイル４０の導体の巻線部に一様に垂直なスロット４３を持ったシールド４２とを示す。図２に示すように、コイル４０の後方にはバックプレート４４がある。スロット４３は、コイル４０からシールド４２を通してチャンバ１２の処理空間３０にＲＦの透過を容易にする。ＲＦコイル４０の断面は、コイル導体の近接した巻線間のスペース３９により、ターゲット２４からバックプレート４４上への金属コーティング材料の通過が、完全に排除はされないが、低減するような形状である。ＲＦコイルの形状は、バックプレート４４に面するコイル４０の側にマウントされたスティフナー４５によって維持される。

プラズマシールド４２は、プラズマ熱負荷の大部分を吸収することに加えて、金属流動の無視できない部分だけがコイル４０上に蒸着することを可能にする。コーティング材料のいくらかがシールド４２を通過することを可能にすることは、シールド４２の形状を単純化して、シールド４２のＲＦ透明性を増加させる。

バックプレート４４は、システムグランド１５にＲＦ接地され、かつチャンバ壁１１によって支持される構造（図示せず）に熱的に接地される。バックプレート４４は、コイルがチャンバ１２の外にマウントされる時のコイルとシールドの間に提供されるタイプの誘電体ウインドウにおいてできるよりも、かなり大量の金属蒸着を維持することができる。

コイルスティフナー４５は、コイル４０がたるんで、プラズマシールド４２と接触することを避ける。それを避けるため、いくつかの放射状のコイルスティフナー４５（補強部材）が使用され、それぞれが誘電材料から作られ、図２Ａに示すように、例えばねじ４６によってコイル４０に付けられる。これらのスティフナー４５は、バックプレート４４ともやはり接触すべきではない。バックプレート４４は、コイル４０とバックプレート４４と間の２ｍｍ以下の設計間隔を保持するために、スティフナー４５に対応する位置で機械加工されたグルーブを持つことができる。

プラズマに面するスティフナー４５の表面は、処理空間３０からスロット４３、およびシールド４２とコイル４０の導体間のスペース３９を通過する金属または他の蒸着材料でコーティングされうる。従ってスティフナー４５は、コイルの一のターンから次のターンへの導電性通路の形成を避けるように形作られる。その形状作りは、スティフナー４５にコイル４０の導体間のスペース３９より広いノッチ４８を形成することを含み、蒸着材料にさらされない切取部分４９を形成して、次に導電性蒸着物が形成されない状態が維持される。その結果、コーティング蒸着物５０を、コイル４０との電気接触をしない状態で形成することができる。

スペース３９を通過する材料とスティフナー４５上の蒸着物をさらに減らすために、コイル４０は、図３のコイル４０ａで示すようなシェブロン型スペース３９ａ及び間隔３８ａを提供することなどにより、スペース３９及び間隔３８を通過する視線方向のライン通路を塞ぐように構成することができる。

コイル４０のＲＦフィード４１（ＲＦ供給部）はバックプレート４４におけるスルーホール５１を通過し、バックプレート４４との電気接触がない。図２に示すように、非電気伝導性で、耐真空性のフィードシールアセンブリ５２がシールのために提供され、孔５１においてフィード４１を保護する。コイル４０の中心はバックプレート４４に熱的および電気的に接地される。ＲＦフィード４１はコイル４０の外側終端部に接続される。

シールアセンブリ５２は、間に挟まれるＯリングシール５４と共にバックプレート４４にボルト締めされるベース５３と、ベース５３の上端からねじ止めされて、該ベースとＲＦフィードとの間にＯリング５６を留めるような形とされたキャップ５５と、を含む二部材シールアセンブリである。Ｏリング５６は、ねじ止めされたキャップ５５によってベース５４の上端とフィード４１の間で圧縮される。ベース５４とキャップ５５の両方が、ＤＥＬＲＩＮのような耐ＲＦ強度誘電体から成ることが好ましい。

すべての表面が、いくらかの金属蒸着を被ることになるので、それらは蒸着される材料の付着の促進を調整するべきである。これは、従来の表面を粗にする方法によって達成される。さらに、コイル４０のターン間での寄生的な放電の点火を避けるために、コイル４０の後方、またコイル４０とプラズマシールド４４との間で、すべて間隔を、通常動作圧力により決定され、その圧力でのプロセスガス原子の平均自由行程に関連付けた或る限界寸法以下とすべきである。典型的な値は２ｍｍ以下である。

コイル４０の導体は、コイル４０におけるＲＦ損失に起因した熱を取り除くのに十分大きな断面積をも持つべきである。このような面積は、コイル導体が固体銅である場合、一般に約１平方センチメートルの断面積である。コイル４０は、通常、モデル化によって決定できる最適な数であるところの２ターンから４ターンを持つ。その数はシステム構成と各パラメータに基づいて変化させられる。

プラズマシールド４２はそのエッジと中心の両方において熱的に接地される。それは良好な熱伝導率と他の熱的特性を持つべきである。例えばシールド４２は、数ミリ厚さのアルミニウム、またはやはり数ミリ厚さのステンレス鋼から成すことができる。コイル４０はバックプレート４４上への金属蒸着を減らし、またコイル４０のターンの間、コイル４０とバックプレート４４の間、およびコイル４０とプラズマシールド４２の間でのプラズマ点火を避けるようにも構成される。コイル４０に対して矩形の断面が好まれる。

図１Ａに示すように、プラズマシールド４２におけるスロット４３は、不等長である。外側の半径において、スロット４３は、コイル下側面とシールド表面に面するプラズマとの間隔の少なくとも２倍だけ、コイル４０の最外の巻線を越えて伸びる。内径においては、最も長いスロット４３は、やはり、ほぼ上記と同じ距離だけ最も内側の巻線を越えて伸びる。

バックプレート４４は、チャンバ１２内の真空に対する大気圧の大部分を支持する。従って、それは過度の変形をすることなく、圧力に耐える十分な強さを持つようにそれに応じて形作られなければならないことになる。

金属蒸着用途における外部コイルＩＣＰソースと比較した本発明の利点は、シールドが誘電体ウインドウを保護する場合に必要である金属流動シールドに対するより少ない制限的要件含むということである。本実施形態におけるシールド４２の役割は、コイル４０をプラズマ熱負荷から保護することである。いくらかの金属がシールド４２を通過してコイル４０上への蒸着が可能になる。これは、外部コイル形態のシールドに対してより複雑さの少ないスロット４３を備えたより薄いシールド４２をもたらす。シールドの良好なＲＦ透明性は遥かに単純なシールド形状の結果である。コイル４０は積極的に冷却する必要がない。さらに、それはスパッタリングされず、それにより消耗品とはならないが、定期的な取替えを必要とするかもしれない。しかしながら、時々は金属蒸着を清浄化するべきである。コイル４０は小さな伝導スペースに収まるので、そのインダクタンスはほとんどの外部コイル設計から約５０％低下され、コイル電流と電圧の減少をもたらす。これは、調整回路とＲＦコネクタの幾つかの設計および構築を単純化することを可能にし、コイル電流の減少のためにコイル電圧を減らすことを、コイル巻き数を減少してコイルを通る電流を減らすことによって置き換えることができる。これは、設計と、調整回路２２ａおよびＲＦコネクタ４１の構成を順に単純化する。

ソース２０は、外部コイルを持ったソース、特に３次元的ＩＣＰコイルよりも遥かに小さな輪郭を持つ。コイル４０は、蒸着バッフル４２またはセラミックウインドウに相当する空間を占める。４５０ｋＨｚの周波数で最適に動作させられるが、コイルのターン間、コイルとシールドの間、コイルとバックプレートの間で容量結合を制限するための慎重な設計によって、約１ＭＨｚまでのより高周波数が考慮できる。

上記ＩＣＰソース２０に対して説明したものと同じ原理が、図４に示すような処理機器１０ａ内のウェーハ１４の周りに高濃度のプラズマを提供するための、ウェーハレベルソース６０にも当てはまる。ウェーハレベルソース６０は特許文献４に開示されている。ここのソース６０の特徴の大部分は、全般的にソース２０と類似するものの、このソース６０は上述のＩＣＰソース２０の場合でより大きい。このソース６０は、ウェーハサポートまたはチャック１３ａの周囲にウェーハ１４を囲むＲＦコイルまたはアンテナ６２を含む。図５においてさらに詳細に示すように、コイル６２は、チャンバ１２の外側のＲＦ発生器（図示せず）に接続する専用の管路６３に囲まれたＲＦフィード６１を備える。この管路は、チャンバ１２の真空内部のＲＦフィードに沿って激しいプラズマから守るために提供される。真空シールを考慮することは、ソース２０ほどには問題とならない。チャック１３ａの部分は、調整回路１７およびキャパシタ１９を通したＲＦバイアス発生器１８からのＲＦバイアスの印加に起因してＲＦ加熱にある。通常、放射状のスロット６５を内部に持ったシールド６４が提供される。シールド６４はＲＦ加熱またはＲＦ浮遊でもありうる。従ってソース６０は、ウェーハサポートアセンブリ１３ａとは別に接地することができる。

他の点では、コイル６２は、全般的に上述のコイル４０と類似している。そこには、コイル６２の導体の近くに間隔を隔てられ、そのスペースにおけるプラズマ点火を避けるようにしたバックプレート６６が提供される。上述のスティフナー４５と同じようなコイルスティフナー６７も提供される。狭い隙間６８は、コイル６２の巻線間で維持され、示された実施形態では一様にらせん状であるが、適用される電気的パラメータに応じて他のコイル形状も利用することができる。

用途に応じて、ソース６０に対する他の考慮が適切でありうる。専ら低圧力用途においては、コイル６２の後方および周りのプラズマを避けるために要求される、例えばコイル６２とシールド６４の間、コイル６２とバックプレート６６の間、およびコイルの巻線間の隙間６８、における間隔は２ｍｍを超えうる。また、もしコイル６２のプラズマ熱負荷またはスパッタリングが例えば数百ワットの動作に対してのように過度ではないならば、プラズマシールド６４を省いてもよい。全く逆に非常に高濃度プラズマに対しては、コイルとプラズマシールドの積極的な冷却は必要となりうる。

また、用途に応じて、バックプレート６６とスティフナー７７上の金属蒸着レベルが望ましくないほど高いかもしれない。このような場合は、図６のコイル６２ａによって示したように、コイル断面を矩形形状からシェブロン形状に変えることができる。さらに複雑な場合、このようなシェブロン形状はコイル６２後方の金属蒸着のレベルを減らす。

本発明を典型的な実施形態との関連で記述してきた。当技術分野の当業者ならば、本発明の本質から逸脱することなく、ここで説明した特徴への付加、削除、および変更を成すことができる、ということを理解するであろう。

本発明の一実施形態によるｉＰＶＤ機器の断面図であって、ウェーハに対向し、面している高濃度プラズマソースを持つものを示す。図１のプラズマソースのシールドスロットとコイル導体の関係を示す断面図である。図１における囲んだ部分の拡大図である。図２における囲んだ部分のさらに拡大図である。図２Ａの機器における部分の他の実施形態である。本発明の実施形態によるｉＰＶＤ装置の図１に類似する断面図であって、ウェーハレベル高濃度プラズマソースを持つものを示す。図４の囲んだ部分の拡大図である。図５の機器における部分の他の実施形態である。

符号の説明

１０ｉＰＶＤ装置
１０ａ処理機器
１１チャンバ壁
１２真空処理チャンバ
１３ウェーハサポート
１４半導体ウェーハ
１５システムグランド
１７調整回路
１８ＲＦバイアス発生器
２０ＩＣＰソース（誘導結合プラズマソース，ＩＣＰソース）
２２ＲＦ電源
２２ａ調整回路
２４スパッタリングターゲット
２５ＤＣ電力源
２６永久磁石パック
２７スパッタリング表面
２８開口
２９ＲＦバイアス電源
３０ａシェブロン型スペース
３０処理空間
３９スペース
４０ＲＦコイル（内部コイル，アンテナ）
４０ａコイル
４１ＲＦフィード
４２プラズマシールド
４３スロット
４４バックプレート
４５コイルスティフナー
４８ノッチ
４９切取部分
５２フィードシールアセンブリ
６０ウェーハレベルソース
６１ＲＦフィード
６２コイル（アンテナ）
６２ａコイル
６３管路
６４プラズマシールド
６５スロット
６６バックプレート
６７コイルスティフナー
６８隙間
７７スティフナー

Claims

真空処理チャンバの内部にマウントするように構成されたＲＦコイルであって、該ＲＦコイルから突出するＲＦ供給構造を持つ後面と前面とを備えるＲＦコイルと；
前記ＲＦコイルの前面に平行でかつ近接するプラズマシールドと；
前記ＲＦコイルに取り付けられた誘電材料からなる複数の放射状補強部材を含み、前記ＲＦコイルの導体間のスペースよりも広いノッチを含む、前記ＲＦコイルを支持する補強体構造と、
を備えたプラズマ処理機器のためのＲＦソースであって、
前記ＲＦソースが、
前記ＲＦコイルが前記プラズマシールドによってシールドされ、前記ＲＦコイルと前記プラズマシールドが前記ＲＦコイルの周りでの放電の点火を避けるような寸法に作られていること、
前記プラズマシールドが、該プラズマシールドからのプラズマ熱負荷を伝導する熱伝導性の材料から形成され、前記真空処理チャンバのチャンバ壁のヒートシンクと接触すること、
前記ＲＦコイルの後方のバックプレートが、熱を転送するように前記チャンバ壁によって支持された構造に接触されること、
前記ＲＦコイルの断面が、矩形であること、
前記補強体構造が、前記ＲＦコイルの後側にマウントされ、前記ＲＦコイルの形状を維持するよう構成されること、
バックプレートが、前記ＲＦコイルまたはそれに付けられた前記補強体からの前記バックプレートの間隔を保持するために、機械加工されたグルーブを持つこと、
前記ＲＦコイルと前記バックプレートとの間の間隔が２ｍｍ以下であり、前記ＲＦコイルと前記プラズマシールドとの間の間隔が２ｍｍ以下であること、
前記ＲＦコイルのＲＦ供給部のための真空シールを備えること、及び
ＲＦ供給構造体を囲む専用の管路を備えること、
から成るグループから選択された少なくとも１つの特徴と；
をさらに有することを特徴とするプラズマ処理機器のためのＲＦソース。
前記グループから選択された少なくとも２つの特徴を
さらに有することを特徴とする請求項1に記載のソース。
前記グループから選択された少なくとも３つの特徴を
さらに有することを特徴とする請求項1に記載のソース。
前記グループからのすべての特徴を
さらに有することを特徴とする請求項1に記載のソース。
前記ＲＦコイルは、２ｍｍより大きな巻き間隔でらせん状の形状を持つ導体から形成されており、
前記プラズマシールドは、前記導体と垂直な、貫通するスロットを持つことを特徴とする請求項1に記載のソース。
シールされたチャンバ壁に囲まれ、内部に基板サポートを持ち、該基板サポート表面が前記チャンバに面し、該チャンバが処理空間を囲み、該基板サポートが処理空間に面する状態であるような、真空処理チャンバと；
前記チャンバの外にあるＲＦ発生器と；
前記真空処理チャンバの中にマウントされ複数回巻線した電気伝導体から形成されたＲＦアンテナであって、後面、前記処理空間に面する前面、およびＲＦ発生器に導体を接続するＲＦ供給構造を備えるＲＦアンテナ；
前記ＲＦアンテナの後面に平行し、前記ＲＦアンテナの後面に近接し、かつ前記ＲＦアンテナの後面と間隔を隔てられた、接地された電気伝導性のバックプレート；
ＲＦ構造を取り囲み、ＲＦ供給構造体とチャンバ壁との間に真空シールを形成する非電気伝導性のＲＦ供給部シール；
前記ＲＦアンテナの前面に平行し、かつ近接する電気伝導性のプラズマシールド；
前記ＲＦアンテナの後面に設置された少なくとも１つの非電気伝導性の補強体；
を有し、
前記ＲＦアンテナと前記バックプレートとの間の間隔が２ｍｍ以下であり、前記ＲＦアンテナと前記プラズマシールドとの間の間隔が２ｍｍ以下であり、
前記ＲＦアンテナの断面が、矩形であり、
前記補強体が、前記ＲＦアンテナの導体間のスペースよりも広いノッチを含む、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記プラズマシールドが、該プラズマシールドからのプラズマ熱負荷を伝導する熱伝導性の材料から形成され、前記チャンバ壁のヒートシンクと接触することを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記プラズマシールドが、前記ＲＦアンテナの導体と直交するスロットを持ち、前記チャンバからの金属の一部が前記ＲＦアンテナ導体上に蒸着することを避けるが、一方で前記プラズマシールドを通した前記ＲＦアンテナからの、また前記処理チャンバへの十分なＲＦカップリングを可能にするように、前記スロットが配置され及び前記スロットの寸法が設定されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記補強体は、前記ＲＦアンテナの中心より放射状に延びる形状を有し、前記ＲＦアンテナの巻線のそれぞれに付けられることを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記補強体と前記バックプレートとの間の間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
真空チャンバ内にＲＦコイルを提供する段階と、
前記ＲＦコイルの後方に電気伝導性のバックプレートを提供する段階と、
１つ以上の補強体によって前記ＲＦコイルを補強する段階と、
を有し、
前記電気伝導性のバックプレートが、前記ＲＦコイルの一面に平行し、前記ＲＦコイルの一面に近接し、かつ前記ＲＦコイルの一面と間隔を隔てられ、前記ＲＦコイルの一面が、前記バックプレートと対向し、
前記補強体が、前記ＲＦコイルの導体間のスペースよりも広いノッチを含む、ことを特徴とする、プラズマによってウェーハを処理する方法。
前記ＲＦコイルの前方にプラズマシールドを提供する段階と、
前記プラズマシールドによってプラズマ熱負荷から前記ＲＦコイルをシールドする段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記バックプレートによってチャンバの外からの大気圧力を真空に対して支持する段階を
さらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記チャンバ内のウェーハ上にイオン化物理的気相蒸着プロセスを行なう段階を
さらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記チャンバ内のウェーハ上にプラズマエッチングプロセスを行なう段階を
さらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
高いＲＦ通過透明性を提供するのに十分な複数のスロットを持ち、いくらかの金属が前記プラズマシールドを通過して前記ＲＦコイル上に蒸着することを可能にするプラズマシールドを、前記ＲＦコイルの前方に提供する段階を
さらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。