JP5160717B2 - 対称的な並列導体のコイルアンテナを有するプラズマリアクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の背景）
半導体のマイクロエレクトロニック回路を製造するために使用されるプラズマリアクタは、処理ガスから形成されるプラズマを維持するためにＲＦ誘導結合された磁界を用いることができる。このようなプラズマは、エッチング及び堆積プロセスを行なうのに有用である。一般に、高周波ＲＦソース電力信号がリアクタチャンバの天井近くにあるコイルアンテナに与えられる。チャンバ内のペデスタル上の半導体ウエハまたはワークピースの支持体は、そこへ与えられるバイアスＲＦ信号を有する。コイルアンテナに供給される信号の電力は、チャンバ内のプラズマイオン密度を主に決定するが、一方、ウエハに与えられるバイアス信号の電力はウエハ表面のイオンエネルギーを決定する。この様なコイルアンテナのもつ１つの問題は、例えばアークのようなプラズマにおいて好ましくない影響を誘発する、アンテナの両端に比較的大きな電圧降下があることである。この影響は、コイルアンテナのリアクタンスが周波数に比例するので、コイルアンテナに与えられるソース電力信号の周波数が増大するに従ってより激しくなる。幾つかのリアクタにおいて、この問題は、周波数を例えば約２ＭＨｚの低い範囲に制限することによって解決される。都合の悪いことには、このような低い周波数においては、ＲＦ電力のプラズマへの結合は余り効率的でない。１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の周波数で、安定した高い密度のプラズマ放電を達成することはしばしば容易である。低い周波数（例えば、２ＭＨｚ）で動作する他の欠点は、インピーダンスマッチング回路網としてこれらの素子の要素の大きさは非常に大きく、従って、邪魔であるし、費用もかかる。
【０００２】
コイルアンテナの有する他の問題は、アンテナへの効率的な誘導結合は、一般に大きな磁気フラックスの密度を形成するコイルの巻き数を増大することによって達成されることである。これは、コイルの誘導性リアクタンスを増大し、（主にプラズマ抵抗から成る）回路の抵抗が一定のままであるので、回路のＱ（回路のリアクタンスと抵抗の比）が増加する。これは、変化するチャンバの状態にわたって、インピーダンスマッチングを維持するこのの不安定性及び困難性を次々に導く。コイルのインダクタンスは非常に大きいので、ストレーキャパシタンスと結合して、自己共振がコイルに与えられたＲＦ信号の周波数の近くで発生した場合に、不安定性が特に起きる。
【０００３】
これらの問題は、「Inductively Coupled Plasma Reactor With Symmetrical Parallel Multiple Coils Having A Common RF Terminal:共通のＲＦ端子を有する対称的な並列マルチコイルを有する誘導結合されたプラズマリアクタ」の名称で、Xue-Yu Qian他に与えられ、１９９９年７月６日に発行された米国特許5,919,389号に記載されているように、外側に多数インターリーブした対称的にスパイラル状に配列された導体を有する誘導性コイルアンテナの発明によって解決されている。アンテナをインターリーブした対称的パターン内で多数の導体に分割することによって、電圧降下が減少される。何故ならば、それがアンテナの複数導体に分割されるからである。従って、ソース電力信号の周波数は、従来のコイルアンテナにおけるように制限されない。この形式のコイルアンテナは、この明細書において、“インターリーブされた”コイルアンテナと呼ばれる。このようなインターリーブされたコイルアンテナは、平坦なパンケーキ形状ばかりでなく、ドーム形状や、側壁の周りに円筒状のスカートを有するドーム形状、またはチャンバの側壁の周りに円筒状のスカートを有する平坦なパンケーキ形状を有するいろいろな構成として開示されている（米国特許5,919,389号）。
【０００４】
チャンバの天井の上に置かれているコイルアンテナの１つの制限（従来の形式ばかりでなくインターリーブされた形式も）は、アンテナの隣接する導体間の相互インダクタンスが一般に水平方向にある（一般にＲＦ電力がプラズマに誘導的に結合されなければならない垂直方向に直角である）ことである。これは、プラズマへのパワーデポジションの空間制御を制限する１つの重要なファクターである。本発明の目的は、誘導性結合の空間制御におけるこの制限を克服することである。
【０００５】
一般に、内側と外側のコイルアンテナの場合、それらは、物理的に、（それぞれの半径に限られるよりはむしろ）半径方向に、即ち水平に配置されるので、それらの半径方向の位置はそれに従って拡散される。これは、特に水平の真の“パンケーキ”形状である。従って、内側と外側アンテナ間に供給されたＲＦ電力の相対的な配分を変えることによって、プラズマイオン分布の半径方向の分布を変える能力が制限される。この問題は、特に、大きな直径（例えば、３００ｍｍ）を有する半導体ウエハを処理する場合に重大である。これは、ウエハの大きさが増加するに従って、全体のウエハ表面を横切って均一なプラズマイオン密度を維持することがより困難になるからである。プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる磁界の半径方向の分布を調整することによって容易に整えられる。それはプラズマイオン密度を決定するこの磁界である。従って、ウエハの大きさが増加するに従って、印加されたＲＦ磁界の半径方向の分布を整えるか、または調整する能力が必要である。よって、内側と外側アンテナ間に加えられたＲＦ電力の分布の影響を増大することが必要であり、特に、内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置へ制限することによってこれを達成することが必要である。
【０００６】
内側と外側コイルアンテナを使用する場合に遭遇する他の問題は、一般に、外側アンテナが内側アンテナより著しく大きなインダクタンスをもっている（外側の半径の距離が長いため）ので、それらは大きく異なるインピーダンスを有することである。その結果、２つのコイルのインピーダンスは同じでない。この問題は、チャンバの大きさが増加して大きな半導体ウエハを収容するに従ってより深刻である。この問題を取り巻く１つの方法は、内側と外側アンテナを駆動するために、独立したＲＦ電源を使用することである。各々の電源がそれ自体のインピーダンスマッチング回路網を有しているので、内側と外側アンテナ間のインピーダンスの不均衡は問題ではない。しかし、２つの独立した電源を同相に保つことが困難または実際的でないので、それらのＲＦ電流が同相または逆相でなくなるに従って、２つのアンテナによって発生されるＲＦ磁界間の有益及び無益な干渉の発生により、望ましくない影響が発生するという他の問題が起こる。この問題は、本発明の１つの特徴に従って、異なるＲＦ電力レベルをその２つの出力ヘ分配する能力を有する単一の、新規な、二重出力ＲＦ電源を用いることによる克服される。しかし、この単一のＲＦ電源の場合、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡は、再び問題である。従って、いずれかの誘導性結合を犠牲にすることなく、内側と外側コイルのインピーダンスの少なくとも均等化を容易にすることが必要である。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの実施の形態は、半導体ワークピースを処理するためのプラズマリアクタにおいて実現される。このリアクタは、側壁及び天井を有する真空チャンバ、チャンバ内に、一般に天井に面するワークピース支持ペデスタル、プロセスガスをチャンバへ供給することができるガス入口及び天井の上に置かれるソレノイドのインターリーブされた並列導体のコイルアンテナを含み、さらに、軸対称から少なくともほぼ一様に横に変位したそれぞれの同軸ヘリカルソレノイドにおいて天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第１の複数導体を含んでいる。各々のヘリカルソレノイドは、対称軸に平行な方向に他のヘリカルソレノイドからオフセットされている。ＲＦプラズマソース電源が複数導体の両端に接続される。
【０００８】
他の実施の形態において、アンテナは、天井の上に置かれ、それぞれの同軸状に並んだヘリカルソレノイドにおいて、天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第１の複数導体を含むソレノイドのセグメント化された並列導体コイルアンテナであり、各々のヘリカルソレノイドは、軸対称に垂直な方向に最も近い他のヘリカルソレノイドから複数導体の約導体幅の距離だけオフセットされており、それによって、各々のヘリカルソレノイドは、僅かに異なった直径を有する。
【０００９】
いずれかの実施の形態において、リアクタは、さらに、天井の上に置かれ、第１のソレノイドのインターリーブされた並列導体コイルアンテナによって囲まれ、且つ、それより小さい横方向の大きさを有する内側アンテナを有し、それにより、第１の並列導体コイルアンテナは外側コイルアンテナとなる。１つの形態において、リアクタは、さらに、内側コイルアンテナに接続された第２のＲＦプラズマソース電源を有し、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されるＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。しかし、好適な実施の形態においては、ＲＦプラズマソース電源は、差動的に調整することができる電力レベルを有する２つのＲＦ出力を有し、この２つのＲＦ出力の一方は、外側アンテナに接続され、その他方は内側アンテナに接続され、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されたＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。
【００１０】
好ましくは、第１の並列複数導体の数は、第２の並列複数導体の数より大きく、且つ、それに従って、第１の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側のアンテナのそれの少なくとも近づけるように、短くされる。
【００１１】
また、内側アンテナが並列導体アンテナであるならば、好ましくは、第１の並列複数導体の数は、第２の並列複数導体の数より大きく、且つ、第１の並列複数導体の長さは、それに従って、第１の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側アンテナの誘導性リアクタンスに少なくとも近づけるように、短くされる。
【００１２】
外側アンテナの第１の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、且つ、内側アンテナの第２の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、それにより、内側と外側アンテナは、導体の厚さに相当する幅のそれぞれの狭い環状内に制限され、それにより、供給されたＲＦ磁界の半径方向の分布に関して内側と外側アンテナの差の影響を最大にする。
【００１３】
（好適な実施の形態の詳細な説明）
ソレノイドのインターリーブされたコイルアンテナ
図１を参照すると、プラズマへの誘導性結合の効率は、ソレノイドのマルチ導体のインターリーブされたコイルアンテナとしてアンテナ１００を構成することによって、増大される。図示された実施の形態において、ソレノイドのアンテナ１００は、垂直の真っ直ぐな円筒、または仮想の円筒状表面または位置を規定し、その対称軸は、リアクタの真空チャンバ１０１の対称軸と一致する。好ましくは、更に、それは処理のために受取られるワークピースの対称軸と一致する。図１において、リアクタチャンバ１０１は円筒上の側壁１０５と平坦な天井１１０によって画定される。ウエハ支持ペデスタル１１５は、リアクタチャンバ１０１内に設けられ、チャンバの天井に面して向けられ、チャンバの対称軸にその中心が置かれる。真空ポンプ１２０がチャンバの排気出口に接続される。プロセスガスの供給源１２５は、ガス入口１３０を介してプロセスガスをリアクタチャンバ内部に供給する。プロセスガスは、例えば、ポリシリコンエッチング用のハロゲン化物ガス、二酸化シリコンエッチング用のフルオロカーボンガス、またはシリコンの化学気相堆積プロセス用のシランを含むことができる。または、ガスは、例えば、金属エッチング用の塩素含有ガスを含むことができる。ガスの入り口１３０は、単一のパイプとして図１に示されているが、しかし実際には、より精巧な構造、例えば多数の入口を介して実現される。
【００１４】
アンテナからチャンバへ誘導されるＲＦ電力の影響の下で、これらのガスはワークピースを処理するためのプラズマを支える。実行されるプラズマプロセスは、エッチングばかりでなく、適当な先駆ガスを用いる堆積、例えば化学気相堆積を含むことができる。
【００１５】
ペデスタル１１５は、インピーダンスマッチング回路網１４０を介してバイアスＲＦ電源１４５に結合される導電性電極１１５ａを有する。チャンバ側壁１０５はアルミニウムのような金属であり、一方、天井１１０はクォーツのような誘電体であることができる。本発明の他の実施の形態においては、天井は平坦でなく、ドーム形状またはコニカル形状であることができる。さらに、天井１１０は、誘電体以外の半導体であってもよい。天井の半導体材料は、それがアンテナばかりでなく電極からのＲＦ誘導性磁界に対して窓として働くように最適な導電率を有している。この目的のために最適な導電率の決め方は、"Parallel Plate Electrode Plasma Reactor Having An Inductive Antenna Coupling Power Through a Parallel Plate Electrode：平行板電極を介して電力を給電する誘導性アンテナを有する平行板電極プラズマリアクタ"の名称でKenneth S. Collinsに与えられ、２０００年６月２０日に発行された米国特許第6,077,384号に記載されている。本件の場合、天井１００が電極として用いられているが、それは接地される（点線で示されている）か、またはマッチング回路網１５０を介してＲＦ電源１５５に接続されることができる（同様に、点線で示されている）。チャンバ及び/またはアンテナは、円筒型状以外の形状を有することができ、たとえば、それは矩形であっても、正方形の断面を有していても良い。ワークピースも円形以外の形状であってもよく、例えば、それらは正方形または他の外形で良い。処理されるべきワークピースは、半導体ウエハでも良いし、またはそれらはマスクレチクルのような他のものであってもよい。
【００１６】
インターリーブされたソレノイドコイルアンテナ１００は、如何なる数のインターリーブされた導体を含むことができる。図１の実施の形態において、コイルアンテナは、３つのインターリーブされた対称的に配置された導体１６０、１６３、１６６から成っている。アンテナの複数導体は、互いにほぼ平行なそれぞれのヘリカスパスに沿って置いてある。各々のへリックスは、同じ仮想の直立円筒面にしたがって、ソレノイド構成を形成している。図示されているように、ヘリカル導体１６０、１６３、１６６は、垂直方向に互いに一様に離されている。より一般的には、導体は、チャンバのほぼ対称軸の方向に、互いに実質的に一様に離されている。それらの電力の入力タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、それぞれ、インピーダンスマッチング回路網１７０を介してＲＦプラズマソース電源１７５に接続されている。それらの戻りタップ１６０ｂ、１６３ｂ、１６６ｂは、それぞれグランドに接続（接地）されている。図示されているように、電力（入力）タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、好ましくは、仮想円形の同じ水平面にあり、一様な間隔で仮想円形の周囲に沿って配置されていいて、３つの導体の場合、それは１２０度である。より一般的には、前述された面はチャンバの対称軸を横切っている。同様に、戻りタップ１６０ｂ、１６３ｂ、１６６ｂは、同一面にあり、一様の間隔で配置されている。この実施の形態において、各々の導体１６０、１６３、１６６のヘリカルパスは、タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａが同一平面にあるが、導体間でほぼ一様な軸変位を実現するために軸方向に充分な傾斜を有している。他の実施の形態では、タップは同一面にある必要はない。
【００１７】
図１の実施の形態において、各々の導体の電力タップと戻りタップは、軸方向に整列されている（ここでは、チャンバの軸が垂直に向くように示されているので、垂直に整列されている）。例えば、導体１６０の電力タップ１６０ａと戻りタップ１６０ｂは軸方向に整列されている。好ましくは、巻線の接地された端部は、高電位をプラズマに近づけないために、図１に示されるようにチャンバ天井に最も近づけてあり、それにより、アークが起きる傾向及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【００１８】
主な利点は、誘導性結合が単一導体以外の複数導体（例えば、３つの導体１６０、１６３、１６６）によってもたらされ、その結果誘導性結合の同じ量に対して、長さの短い導体を用いることができる。この特徴は、各々の導体に沿う電位降下を大きく減少し、容量性結合を有利に減少する。
【００１９】
この図示された実施の形態において、アンテナ１００は、円筒状のリアクタチャンバの側壁１０５の対称軸の周りに対称的に配置される。従って、例えば、入力タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、円筒形の側壁１０５の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。同様に、アンテナ１００の下部にある出力（戻り）タップ１００ｂ、１６３ｂ、１６６ｂも円筒形の側壁１０５の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。さらに、各々の導体１６０、１６３、１６６は、対称軸の回りに互いに実質的に同じ間隔が開けられた実質的に同じ形状であり、また実質的に同じ長さである。好ましくは、それぞれの導体の入力と出力のタップ（例えば、入力と出力のタップ１６０ａ、１６０ｂ）は、互いに垂直に整列されている（即ち、円筒状の側壁１０５の対称軸に沿っている）。
【００２０】
ソレノイドコイルがどうして良好な結合を与えるか
本発明の図示された実施の形態のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントが対称軸の方向にその最も近い隣の導体セグメントから離されているので、アンテナのプラズマへの結合を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合へ寄与する磁力線は軸方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内でプラズマに向かって有効に達する。従って、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向に相互結合を有していて、平坦である設計に比べて増加される。図１の実施の形態において、３つの導体１６０、１３６、１６６は、互いに軸方向に離されているので、最も近い隣の導体間の相互インダクタンスは、一般にチャンバの軸方向にある。
【００２１】
多数のインターリーブされた導体を有する内側と外側のソレノイドコイルアンテナ
図２−４は、内側と外側ソレノイドアンテナを有するリアクタの斜視図、上面図及び縦断面図を示し、それぞれのアンテナは、図１に示された形式のインターリーブされた多数の導体を有する。内側ソレノイドドアンテナ２１０は、２つのインターリーブされた導体２１５、２２０（図１に示された３つとは異なる）を有する。しかし、他の実施の形態では、これらのインターリーブされた導体より大きな数の導体が設けられてもよい。電力タップ（端子）２１５ａ、２２０ａは、互いに１８０度の角度離されて配置されており、戻りタップ２１５ｂ、２２０ｂも同様である。図１の実施の形態におけるように、図２のそれぞれの導体２１５、２２０の電力及び戻り端子は、垂直に整列されている。他の実施の形態では、それらは軸整列されていなくても良い。また、図１の実施の形態におけるように、図２において、電力タップ２１５ａ、２２０ａは軸を横切った上部面にあるが、戻りタップ２１５ｂ、２２０ｂは軸を横切った下部面にある。図示された位置において、これら横切った両方の面は水平である。導体２１５、２２０の各々は、充分な傾斜を有してへリックス状に巻かれており、電力タップ２１５ａ、２２０ａの１８０度の角度離間は、図２に示された導体２１５、２２０間で軸方向のオフセットを与えるのに充分である。
【００２２】
外側アンテナ２３０は、上部水平面において１２０度間隔の電力タップ２３５ａ、２４０ａ、２４５ａ及び下部水平面において１２０度間隔の戻りタップ２３５ｂ、２４０ｂ、２４５ｂを有する３つのインターリーブされた平行導体２３５、２４０、２４５を有している。プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を容易にするために、内側と外側アンテナ２１０、２３０のそれぞれ１つに供給された電力レベルは、別々に又は作動的に調整可能でなければならない。この目的のために、図２はそれぞれのインピーダンスマッチング回路網２６０、２６５を介して内側と外側のアンテナ２１０、２３０に結合された２つの個別のＲＦ電源２５０、２５５を示している。個別の電源を用いる１つの問題は、それらの出力信号が同相及び逆相をさまよう傾向にあることである。代わりに、図４は内側と外側のアンテナ２１０、２３０に接続された差動的に調整可能な２つの出力を有する共通のＲＦ電源２７０を示す。二重出力ＲＦ電源２７０は本明細書の後の方で説明される。その主な利点は、内側と外側のアンテナ２１０、２３０に供給される別々に調整可能なＲＦ信号は同相であるが、しかし、それぞれの電力レベルは互いに関して調整することができる。多重コイルアンテナの革新的な設計は、多重コイル間のインピーダンスマッチングとバランス、及び共通電源の使用を容易にする。
【００２３】
図４の立断面図は、内側と外側アンテナ２１０、２３０の個々の半径方向の形状が如何に天井１１０の小さな領域にあるかを示しており、残りの領域は、大部分の天井の上に温度制御素子の配置用の充分なスペースを提供している。特に、例えば、温度制御素子は、内側と外側アンテナ２１０、２３０の下にない部分の天井１１０の上面に接触して熱伝導スペーサ２８６、２８８を有することができる。内側のスペーサ２８６は、内側アンテナ２１０によって囲まれ直立固体円筒であり、一方、外側のスペーサは、内側と外側アンテナ２１０、２３０によって囲まれた個体環状体である。冷却板２９０が熱伝導スペーサ２８６、２８８の上面に接して置かれ、冷却板を通して延びる冷却液が循環する冷却路２９２を有する。さらに、スペーサ２８６、２８８は、天井１１０に面して加熱ランプ２９４を収容するための中空のスペースを有することもできる。
【００２４】
ソレノイドの内側 / 外側アンテナが如何にプラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を増大するか
平坦な（“パンケーキ状”）形式の内側と外側アンテナは、比較的大きな水平の環状体を横切って分布されるようになるので、それらの放射電力のデポジションの“ロケーション”は個々に定義されていない。例えば、内側アンテナの外側巻線のあるものは、外側アンテナの内側巻線の近くにある。従って、内側アンテナの最も外側巻線に流れるこれらのＲＦ電流は、外側アンテナの内側巻線の結合に影響する。同様に、外側アンテナの最も内側の巻線に流れるＲＦ電流は、内側アンテナの外側巻線の結合に影響する。結果として、内側と外側アンテナの位置的効果は拡散され、半径方向の電力分布は、ソレノイドコイルに供給されるＲＦ電力を単に調整することによって容易に制御することができない。これは、それらが、内側と外側アンテナに供給される電力レベル間に与えられた相違に対するＲＦ磁界の半径方向の分布（及び、従って、プラズマイオン密度の半径方向の分布）をシフトすることができる程度減少する。
【００２５】
逆に、図２-４に示された実施の形態において、複数導体がほぼ垂直方向に（即ち、より一般的には、チャンバ軸の方向に）互いにオフセットされているソレノイドの内側と外側アンテナ２１０、２３０は、薄い導体それ自体の半径方向の幅を超える半径方向の幅を実際にもたない。これは、水平面（即ち、より一般的には、チャンバの軸を横切る面）において、内側と外側アンテナ２１０、２３０は、円形のラインが薄い２つの個々の同心円として現れていることを明らかに示している図３の実施の形態において最もよくわかる。従って、例えば、外側アンテナ２３０に供給されるＲＦ電力の全てが外側アンテナの単一の個々の半径位置からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置で浪費されることがない。内側アンテナ２１０へ供給されるＲＦ電力の全てが内側アンテナ２１０の単一の個別半径から放射する点で、内側アンテナについても正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナ２１０、２３０の供給された電力レベルにおける相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布におけるシフトとが従来の場合におけるより非常に大きいことが理解される。
【００２６】
この特徴は、チャンバのサイズが大きな半導体ウエハのサイズを収容するために上方に向かって大きくされるに従って、大きな利点を提供する。ウエハのサイズが大きくなるに従って、全体のウエハ表面にわたって一様なプラズマイオン密度を維持し、且つウエハ表面にわたってプラズマイオン密度の分布を調整することが困難になる。プラズマイオン密度の半径方向の分布は与えられた誘導磁界の半径方向の分布によって大部分決まる。したがって、プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる誘導磁界の半径方向の分布を調整することによって、容易に形成される。ウエハのサイズが大きくなるにしたがって、供給されるＲＦ誘導磁界の半径方向の分布を形成し又は調整する大きな能力は、前に可能であった以上に必要とされる。この必要性は、（ａ）内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置に制限することによって、及び（ｂ）このアンテナを複数の対称に配列された導体として設けることによって、内側と外側アンテナ間に与えれたＲＦ電力の配分の効果を増大することによって得られる。これは、いろいろな直径のアンテナの著しく増大されたインピーダンスマッチング、及び電力配分能力に対する基礎を提供するばかりでなく、以下に詳細に説明されるように、電圧降下及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【００２７】
内側と外側アンテナのインピーダンスはどのようにマッチングされるか
本明細書において上述されたように、外側アンテナ２３０の大きな寸法は、内側アンテナ２１０の導体長より長く、したがって大きな誘導性リアクタンスを示す。これは、リアクタチャンバを横切って一様な電位差を維持することにおいて問題を生じ、もし、共通のＲＦ電源が用いられるならば、インピーダンスのマッチング問題を生じる。本発明の１つの特徴は、外側アンテナと比較して、内側アンテナのインターリーブされたコイルの複数導体の長さ及び数を調整することによって、この問題を解決している。特に、外側導体は、内側導体より大きな数のそれぞれのインターリーブされた導体として与えられる。さらに、外側導体の各々は、比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体長の割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。
【００２８】
従って、この問題は、外側アンテナ２３０における導体の各々のインダクタンス（長さ）を減少することによって、本発明の特徴の１つとして解決される。同時に生じる、外側アンテナ２３０の全体の誘導性結合の減少を避けるために、それぞれの導体の数は、内側アンテナ２１０よりも外側アンテナ２３０において多く設けられる。特に、内側アンテナ２１０が１８０度に設けられたタップを有する２つのみの導体を有しているのに対して、外側アンテナ２３０は、図２-４に示されるように、１２０度毎に設けられたタップを有す３つの導体を有している。他のアンテナに対してより大きな数の導体は、それぞれの短い導体長を補償するために誘導結合を増大する。更に、短い導体の各々は、同様な、単一の導体アンテナの使用と比較して、非常に減少された電圧降下を示す。
【００２９】
第１の一体化された実施の形態
図５は、多数のソレノイドのオーバヘッドアンテナを有する第１の一体化された実施の形態を示し、各々は複数のインターリーブされた導体を有する。内側のソレノイドアンテナ５１０は、１８０度間隔で電力タップ５１５ａ、５２０ａを有する一対のインターリーブされた導体５１５、５２０を有する。外側のソレノイドアンテナ５２５は、対称軸に関して９０度間隔で電力タップ５３０ａ、５３５ａ、５４０ａ、５４５ａを有する４つのインターリーブされた導体５３０、５３５、５４０、５４５を有する。それぞれのインターリーブされた導体は、設けられたアンテナの残りの導体にほぼ平行である。内側アンテナ５１０の上にある内側の円形電力バス５５０は、内側アンテナの電力タップ５１５ａ、５２０ａに接続されている。同様に、外側の円形電力バス５５２は、外側アンテナの電力タップ５３０ａ、５３５ａ、５４０ａ、５４５ａに接続されている。外側アンテナ５２５の下にあり、９０度間隔で設けられた４つのアーム５６０、５６２、５６４、５６６の組は、それぞれの接地されたタップを円形の接地されたハウジング５７０に接続する。１８０度間隔にある互いに反対側にある２つのアーム５６０、５６４は、内側アンテナの接地されたタップ５１５ｂ、５２０ｂにそれぞれ接続され、且つ、外側アンテナの接地されたタップ５３０ｂ、５４５ｂに接続されている。残りの２つの反対側にあるアーム５６２，５６６は外側アンテナの接地されたタップ５３５ｂ、５４５ｂに接続されている。図５に与えられたアンテナの複数導体の各々の１つに対して、電力タップと接地されたタップは、軸方向に整列している。
【００３０】
さらに、双方の内側と外側アンテナの電力及び接地タップは、共直線であり、軸整列している。しかし、それらは整列されている必要がない他の実施の形態が可能である。多数の導体及び対称的な設計は、それぞれのコイル内に及び多数のコイル間で、このような整列されたタップの使用を容易にし、アンテナへのＲＦ電力の入力を非常に簡単にし、また、クロストーク、ストレーリアクタンス、及びプラズマにおける不均一性の可能性を最小にする。
【００３１】
セグメント化され、並べられたソレノイド導体
図６Ａ及び図６Ｂは、複数導体がインターリーブ（例えば、図１に示された形式におけるように）されていない単一のソレノイド導体コイルアンテナを示すが、平行に並べられた導体６１０、６２０にセグメント化されており、したがって、それぞれ並べらたセグメント化された導体からなると考えられるソレノイドアンテナを形成する。図６Ｂの上面図は、チャンバの軸の方向に軸に沿って配置されるか、又は図示されるように垂直配置されるよりは、むしろセグメント化された導体がどのように並べられているかを示す。与えられたアンテナのインターリーブされた実施の形態におけるように、並べられた複数導体が互いに実質的に平行なヘリカル経路に沿って軸の周りに対称的に配列されている。導体６１０、６２０の一方が他方よりやや大きなヘリカル半径を有しているので、導体６１０は内側のセグメントであり、導体６２０は外側のセグメントである。並べられた導体６１０、６２０は、単一のアンテナとして機能する。何故ならば、それらは共に接近した間隔で配置されているからである。例えば、図示された実施の形態では、それらは、導体６１０、６２０の厚さの２０分の１程度以内の半径方向の距離だけ間隔が開けられている。幾つかの実現例では、この距離は、導体の厚さの３０倍程度大きいか、又は導体の厚さのほんの何分の１程度の小ささである。
【００３２】
図７Ａは、図６Ａ及び図６Ｂに示された形式の２つのソレノイドのセグメント化され、並べられた複数導体アンテナが、図５の内側と外側アンテナの代わりに内側と外側としてどのように用いられているかを示している。図７Ａにおいて、内側アンテナ７１０は、上部の電力タップ７１２ａ、７１４ａ及び下部の戻りタップ７１２ｂ、７１４ｂを有する一対の並べられたソレノイド導体７１２、７１４から成る。外側アンテナ７３０は、４つの並べられたソレノイド導体７３５、７４０、７４５、７５０から成り、各々は、内側アンテナ７１０の数より少ない数の導体を有している。それらの電力タップ７３５ａ、７４０ａ、７４５ａ、７５０ａは上部にあり、それらの戻りタップ７３５ｂ、７４０ｂ、７４５ｂ、７５０ｂは、下部にある。内側と外側アンテナ７１０、７３０は、好ましくは、それらの電力レベルが差動的に調整されるように、異なる電力の出力端子へ接続される。これは、以下に説明されるように、別々の電源または別々に又は差動的に調整可能な出力を有する共通電源を用いて達成されることができる。
【００３３】
図７Ｂは、図７Ａの実施の形態における変形例を示し、図７Ａの実施の形態におけるように平坦とは異なるリアクタチャンバの天井がドーム形状であり、セグメント化されたソレノイドの内側と外側アンテナが図７Ｂのドーム形状の天井１１０に沿っている。したがって、内側アンテナ７１０の各々のソレノイド状コイル７１２、７１４及び外側アンテナ７３０のそれぞれのソレノイド状コイル７３５、７４０は、コニカル状のへリックス又はヘリカルなドーム形状に巻かれており、各々の下側巻線７１２、７１４、７３５、７４０は、コイルの上側巻線より大きな直径を有している。好ましくは、コイル７１２、７１４、７３５、７４０が巻かれる前のコニカル表面は、図７Ｂのドーム形状の天井１１０と一致している。
【００３４】
内側と外側の平坦なコイルアンテナのチューニング
図８は、内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナの平坦な形態は、それらのインピーダンスをマッチングに近づけるように、アンテナをチューニングするために如何に変形されるかを示している。図５の実施の形態におけるように、図８の内側アンテナは、２つのインターリーブされた導体８１５、８２０を有し、一方、外側アンテナ８２５は、４つのインターリーブされた導体８３０、８３５、８４０、８４５を有している。内側アンテナの電力タップ８１５ａ、８２０ａは共通に接続され、一方、接地タップ８１５ｂ、８２０ｂは１８０度の間隔で設けられいる。外側アンテナの電力タップ８３０ａ、８３５ａ、８４０ａ、８４５ａは９０度の間隔で設けられ、外側アンテナの接地タップ８３０ｂ、８３５ｂ、８４０ｂ、８４５ｂも同様に９０度の間隔で設けられている。図５の実施の形態におけるように、図８の内側と外側アンテナはほぼインピーダンスマッチングされている。何故ならば、外側アンテナは、内側アンテナとして個々の導体の２倍多く設けられており、その長さは、外側アンテナの全体の誘導結合を犠牲にすることなくそれらのそれぞれのインダクタンスを減少するように比例して短くされているからである。
【００３５】
上述したように、内側と外側の多数導体アンテナ８１０、８２５間の良好なインピーダンスマッチングは、双方のアンテナのために共通の電源を用いるために、電力のプラズマへの優れた結合及びより実用的な適用を含む多くの望ましい利点を容易にする。改善されたインピーダンスマッチングの同じ原理が、ソレノイド及び平坦な形状ばかりでなく、インターリーブされ、且つセグメント化されたものを含み、形状に無関係に、それぞれが多数の導体を有する複数のアンテナを含むる誘導性ソースへ適用することができる。
【００３６】
ドーム天井を有するソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図９は、天井１１０がドーム形状であるプラズマリアクタが如何に図５の円筒形ソレノイドの内側と外側アンテナ５１０、５２５を有するかを示している。図９において、外側アンテナ５２５は、ドーム天井の外側部分に載置され、したがって、内側アンテナ５１０より幾らか低いレベルに設けられている。
【００３７】
図１０は、図９の変形例を示し、外側アンテナ５２５は、ドーム形状の天井１１０の外側部分の傾斜及びほぼ垂直な表面に一致しているアンテナであるように変形されている。
【００３８】
図１１は、図９の変形例を示し、外側巻線５２５のソレノイドは、断面がドーム形状の天井１１０の表面に垂直であるように、逆コニカルの部分形状を有するアンテナであるように変形されている。
【００３９】
図１２は、図１０の変形例を示し、内側アンテナ５１０がQian他に付与された前述の特許に記載されている形式の平坦なインターリーブされたコイルアンテナ１２００によって置き換えられている。
【００４０】
図１３は、図９の変形例を示し、外側アンテナ５２５が天井１１０の上に置かれるよりもチャンバの側壁１０５を囲むように、チャンバの円筒形の側壁１０５のレベルに置かれている。
【００４１】
平坦な天井に設けられたソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図１４は、天井が平坦である図１３の変形例を示す。
図１５は、図１４の変形例を示し、内側アンテナが図１２の平坦なインターリーブされた並列導体コイルアンテナ１２００である。
【００４２】
インターリーブ化とセグメント化の組合せ
図１６は、図１を参照して説明したインターリーブ化及び図６ａを参照して説明したセグメント化の両方を有する単一のソレノイド状コイルアンテナ１６００を示す。図１６のアンテナは、２つのインターリーブされた並列導体１６１０、１６２０を有する内側のセグメント１６０５を有する。この内側のセグメント１６０５は、実質的に図１のインターリーブされたソレノイドコイルの２つの導体の例である。図１６のアンテナは、さらに、内側セグメント１６０５を囲む外側セグメント１６３０を有する。また、外側のセグメントも、２つのインターリーブされた並列導体１６４０、１６５０を有する。外側セグメント１６３０も図１のインターリーブされたソレノイドコイルの２つの導体の例である。図１６における導体のそれぞれの上端は電力タップであり、それらの全てがインピーダンスマッチング回路網１６６０を介してＲＦ電源１６７０に接続されている。図１６における導体のそれぞれの下端は、グランドに接続される戻りタップである。
【００４３】
図１７は、外側アンテナ５２５が図１６のアンテナ１６００で置き換えられているほかは、図５の実施の形態と同様の本発明の他の実施の形態を示す。図１７の内側アンテナ５１０は、図５を参照して説明したものと同じである。
【００４４】
図１７は、図１６の縦断面図よりアンテナ１６００の詳細な図を与える斜視図である。図１７は、内側セグメント導体１６１０の電力及び接地タップ１６１ａ、１６１０ｂが垂直に整列され、且つ内側セグメントの他の内側アンテナ導体１６２０の垂直に整列された電力と接地タップ１６２０ａ、１６２０ｂから１８０度だけオフセットされていることを示す。同様に、外側セグメントの導体１６４０の電力と接地タップ１６４０ａ、１６４０ｂが垂直に整列され、且つ外側セグメントの他の導体１６５０の垂直に整列された電力と接地タップ１６５０ａ、１６５０ｂから１８０度だけオフセットされていることを示す。さらに、内側セグメント１６０５のタップは、外側セグメント１６３０のタップに対して９０度の位置に配置されている。
【００４５】
内側アンテナ５１０の上にある内側環状電力バス１７５０は、内側アンテナ５１０の電力タップの各々にＲＦ電力を供給する。外側アンテナの内側と外側セグメント１６０５、１６３０の両方の上にある外側環状電力バス１７６０は、セグメント１６０５、１６３０の電力タップの各々にＲＦ電力を供給する。
【００４６】
複数の差動的に調整可能な出力を有するＲＦ電源
少なくとも２つの差動的に調整可能な電力出力を有するＲＦ電源は、この明細書において前述されており、"Inductively Coupled Plasma Source with Controllable Power Deposition"の名称で、Barnes他によって２０００年４月６日に出願され、出願中の米国特許出願第09/544,377に記載されている。この記載は、レファレンスによってここに取り込まれる。図１８は、二重出力を有するこのような電源の１つの実施の形態を示す。図１８において、ＲＦ電源１８００は、インピーダンスマッチング回路網１８１５を介して直列キャパシタ１８２０と可変並列キャパシタ１８２５に接続されたＲＦ発生器１８１０を有する。電源１８００の第１のＲＦ出力端子１８３０はマッチング回路網１８１５と直列キャパシタ１８２０間に接続され、一方、第２のＲＦ出力端子１８４０は、直列キャパシタ１８２０の反対側に接続される。可変並列キャパシタ１８２５を調整することは、その調整に依存して、多くの電力を一方の出力端子又は他方の出力端子へ配分する。したがって、２つの出力端子における電力レベルは、差動的に調整できる。図１８に示されるように、第１の出力端子１８３０は、内側アンテナに接続され、一方、他方の出力端子１８４０は図５の外側アンテナに接続される。図１９において、端子１８３０、１８４０は図７の内側と外側のセグメント化された並列導体アンテナ７１０、１３０にそれぞれ接続されている。図２０において、出力端子１８３０、１８４０は、図８の内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナ８１０、８２５にそれぞれ接続されている。より一般的には、図１８の二重出力電源は、内側アンテナに接続された端子１８３０及び外側アンテナに接続された端子１８４０を有する内側と外側アンテナを有するあらゆるプラズマリアクタで用いられることができる。これは、図９乃至図１５を参照して上述した外側と内側アンテナを有するリアクタのそれぞれに当てはまる。
【００４７】
電源は、２つより多くのアンテナを有するリアクタと共に使用する２つより多い差動的に調整可能な出力を有することもできる。例えば、図２１は、３つのアンテナ、即ち、内側アンテナ２１１０、中間アンテナ２１２０、及び外側アンテナ２１３０を有するリアクタを示す。これら３つのアンテナの各々は、適当なコイルアンテナのいずれの形式、例えば、平坦なまたはソレノイド状の単一導体コイルアンテナ、平坦又はソレノイド状のインターリーブされた並列導体アンテナ、ソレノイド状のセグメント化された並列導体アンテナ、又は前述の形式の異なるものの組合せであってもよい。しかし、図２１の実施の形態では、内側アンテナ２１１０は、図２のソレノイド状のインターリーブした並列導体アンテナであり、中間アンテナ２１２０は、図１６のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ１６００である。さらに、外側アンテナ２１３０は、図１６のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ１６００の大きな変更である。
【００４８】
図２２は、３つのプラズマリアクタ、例えば２１図の３つのアンテナのあるプラズマリアクタと共に使用する３つの差動的に調整可能な出力端子を有するＲＦ電源を示す。図２２のＲＦ電源は、マッチング回路網２２１５、第１と第２の直列キャパシタ２２２０、２２３０、及び第１と第２の可変並列キャパシタ２２４０、２２５０を有するＲＦ電力発生器２２１０を示す。第１の可変並列キャパシタ２２４０は、第１の直列キャパシタと接地の双方に接続され、また第２の可変並列キャパシタ２２５０は、第２の直列キャパシタ２２３０と接地の双方に接続される。第１の出力端子２２６０は、マッチング回路網２２１５と第１の直列キャパシタ２２２０の間に接続される。第２の出力端子２２６５は、第１の並列キャパシタ２２４０と第２の直列キャパシタ２２３０の間に接続される。第３の出力端子２２７０は、第２の直列キャパシタ２２３０の他方の側に接続される。好ましくは、第１の出力端子２２６０は、図２１の内側アンテナ２１１０の電力タップに接続され、第２の出力端子２２６５は中間アンテナ２１１０の電力タップに接続され、及び第３の出力端子２２７０は、外側アンテナ２１３０の電力タップに接続される。
【００４９】
図２３は、図２２の３端子ＲＦ電源の変形を示し、第１の直列及び並列キャパシタ２２２０、２２４０は、第２の直列及び並列キャパシタ２２３０、２２５０に並列に接続される。
【００５０】
実際に、可変並列キャパシタ２２４０、２２５０は、供給されたＲＦ磁界またはプラズマイオン密度の所望の半径方向の分布が得られるまで、内側、中間及び外側アンテナへ異なるＲＦ電力レベルを分配するように調整される。得られるべき特定の半径方向の分布は行われているプロセスに依存する。例えば、あるプロセスは一様な分布を必要とする。他のプロセス、例えば、アルミニウムのエッチングは、供給されるＲＦ磁界の適当な不均一な半径方向の分布を選択することによって補償されるウエハ表面にわたって不均一なガスまたはイオン分布を生成する。この選択は、可変並列キャパシタ２２３０、２２５０の調整により達成される。
【００５１】
図２４は、図１の実施の形態の変形を示し、コイル導体１６０、１６３、１６６を含むコイルアンテナ１００が図１の実施の形態におけるように円形とは異なって対称軸の周りにある矩形である。この実施の形態は、平坦なパネルディスプレイ等を処理するのにより良く適合される。
【００５２】
開示された実施の形態の利点
プラズマリアクタの性能を低下させたこの分野の多くの問題は今解決された。本発明のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントがほぼ軸方向にその最も近い隣にある導体セグメントから置き換えられているので、アンテナの効率を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合に寄与することができる磁力線は、垂直方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内のプラズマへ向かって有利に到達する。したがって、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向で相互結合している平坦である設計に対して増大される。
【００５３】
垂直なソレノイドのインターリーブされた複数導体の内側と外側アンテナは、薄い導体自体の幅を超えて殆ど半径方向の幅をもたない。したがって、例えば、外側アンテナへ供給されるＲＦ電力の大部分は、外側アンテナの単一な個々の半径からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置において“浪費”されない。内側アンテナに供給されるＲＦ電極の大部分が内側アンテナの単一の個々の半径から放射する点において内側アンテナについては正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナに関して供給される電力レベルの相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布において従来の場合に可能であるより非常に大きなシフトが実現される。
【００５４】
本発明のこの特徴は、非常に大きなウエハ表面にわたって均一な及び/又は調整可能なプラズマイオン分布を与える点において特に有利である。したがって、チャンバサイズは、内側と外側アンテナ構造を用いて、大きな直径のウエハまで容易に大きくできる。更に、非常に大きな数のアンテナ、例えば内側と外側アンテナ間に中間アンテナを用いることによって、非常に大きなものが得られる。
【００５５】
内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡の問題は、内側と外側アンテナのインターリーブされたコイルにおける複数導体の長さおよび数を調整することによって克服される。外側アンテナは、内側アンテナより多くの数のインターリーブされた導体にセグメント化される。さらに、外側アンテナの各々の導体は、それに比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体の長さの割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。従って、この問題は、内側アンテナに対して外側アンテナのそれぞれの導体のインダクタンス（長さ）を減少することによって解決される。外側アンテナの全体の誘導性結合における付随の減少を避けるために、内側アンテナより非常に多くの個々の導体が外側アンテナに設けられる。非常に大きな数の個々のアンテナは、外側アンテナの短くされた導体の長さを補償するために誘導性結合を増大する。内側と外側アンテナがマッチングされ、またはほぼマッチングされることについては、両方のアンテナを駆動する共通の電源がインピーダンスマッチングの問題に遭遇することなく用いられることができる。本発明の図示された実施の形態は、プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を可能にする差動的に調整可能な電力レベルを有する多重出力の共通電源を用いる。
【００５６】
インターリーブされた複数導体アンテナに変わるものとして、セグメント化された複数導体アンテナは、インターリーブされた導体アンテナの利点を有しており、ソレノイドまたはドーム形状を有する上述したいろいろな形状において実現される。更に、セグメント化された形状は、上述され、図示された実施の形態にしたがってインターリーブされた形状と組合されることができる。
【００５７】
上述されたソレノイドのインターリーブされ、セグメント化された導体アンテナは、好ましくは、一方の面（例えば、上部）に共通面の電力タップ、及び他方の面（例えば、下部）に共通面の戻りタップを有する。与えられたアンテナの複数導体のそれぞれ１つに対して、その電力タップと戻りタップが垂直に整列（または、より一般的にはコイルアンテナの軸に沿って整列）されるのが有利であり、したがって、アンテナの形状を有利に簡単化することができる。
【００５８】
したがって、第１に、前述の利点の幾つか及び実際には全てが同じプラズマソースにおいて同時に与えられる。
【００５９】
本発明は、図示された実施の形態を特に参照することによって詳細に説明されたが、それらの変形や変更は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 単一の、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第１の実施の形態を示す。
【図２】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の斜視図を示す。
【図３】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の上面図を示す。
【図４】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の断面図を示す。
【図５】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた導体コイルアンテナを有する本発明の第１の好適な実施の形態の斜視図を示す。
【図６Ａ】 単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の斜視図を示す。
【図６Ｂ】 単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の上面図を示す。
【図７Ａ】 内側と外側ソレノイドのセグメント化された導体アンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図７Ｂ】 コイルアンテナがドーム形状と一致する、図７Ａの本発明の実施の変形例を示す。
【図８】 外側の平坦なインターリーブされた導体コイルアンテナを含み、その導体の長さが内側コイルアンテナのインピーダンスをほぼマッチングするように同調されている本発明の他の実施の形態を示す。
【図９】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの１つの形状を示す。
【図１０】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１１】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１２】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１３】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの更に他の形状を示す。
【図１４】 平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナの１つの形状を示す。
【図１５】 平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタト共に、ソレノイドの、インターリーブされた複数導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１６】 単一のソレノイドコイルアンテナにおける複数導体のインターリーブ化とセイグメント化を組合せた本発明の実施の形態を示す。
【図１７】 外側アンテナがインターリーブ化とセグメント化された導体を有する図１６に示された形式のソレノイドコイルアンテナである、内側と外側コイルアンテナを有する本発明の好適な実施の形態を示す。
【図１８】 図５の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された差動調整可能な２つの出力を有する単一電源を示す。
【図１９】 図７の内側と外側コイルアンテナに接続された図１８の二重出力を有する電源を示す。
【図２０】 図８の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された図１８の二重出力を有する電源を示す。
【図２１】 内側、中間、及び外側のソレノイドの複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図２２】 図２１のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第１の実施の形態を示す。
【図２３】 図２１のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第２の実施の形態を示す。
【図２４】 コイルアンテナが円形以外の方形である図１の他の実施の形態を示す。
（発明の背景）
半導体のマイクロエレクトロニック回路を製造するために使用されるプラズマリアクタは、処理ガスから形成されるプラズマを維持するためにＲＦ誘導結合された磁界を用いることができる。このようなプラズマは、エッチング及び堆積プロセスを行なうのに有用である。一般に、高周波ＲＦソース電力信号がリアクタチャンバの天井近くにあるコイルアンテナに与えられる。チャンバ内のペデスタル上の半導体ウエハまたはワークピースの支持体は、そこへ与えられるバイアスＲＦ信号を有する。コイルアンテナに供給される信号の電力は、チャンバ内のプラズマイオン密度を主に決定するが、一方、ウエハに与えられるバイアス信号の電力はウエハ表面のイオンエネルギーを決定する。この様なコイルアンテナのもつ１つの問題は、例えばアークのようなプラズマにおいて好ましくない影響を誘発する、アンテナの両端に比較的大きな電圧降下があることである。この影響は、コイルアンテナのリアクタンスが周波数に比例するので、コイルアンテナに与えられるソース電力信号の周波数が増大するに従ってより激しくなる。幾つかのリアクタにおいて、この問題は、周波数を例えば約２ＭＨｚの低い範囲に制限することによって解決される。都合の悪いことには、このような低い周波数においては、ＲＦ電力のプラズマへの結合は余り効率的でない。１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の周波数で、安定した高い密度のプラズマ放電を達成することはしばしば容易である。低い周波数（例えば、２ＭＨｚ）で動作する他の欠点は、インピーダンスマッチング回路網としてこれらの素子の要素の大きさは非常に大きく、従って、邪魔であるし、費用もかかる。
【０００２】
コイルアンテナの有する他の問題は、アンテナへの効率的な誘導結合は、一般に大きな磁気フラックスの密度を形成するコイルの巻き数を増大することによって達成されることである。これは、コイルの誘導性リアクタンスを増大し、（主にプラズマ抵抗から成る）回路の抵抗が一定のままであるので、回路のＱ（回路のリアクタンスと抵抗の比）が増加する。これは、変化するチャンバの状態にわたって、インピーダンスマッチングを維持するこのの不安定性及び困難性を次々に導く。コイルのインダクタンスは非常に大きいので、ストレーキャパシタンスと結合して、自己共振がコイルに与えられたＲＦ信号の周波数の近くで発生した場合に、不安定性が特に起きる。
【０００３】
これらの問題は、「Inductively Coupled Plasma Reactor With Symmetrical Parallel Multiple Coils Having A Common RF Terminal:共通のＲＦ端子を有する対称的な並列マルチコイルを有する誘導結合されたプラズマリアクタ」の名称で、Xue-Yu Qian他に与えられ、１９９９年７月６日に発行された米国特許5,919,389号に記載されているように、外側に多数インターリーブした対称的にスパイラル状に配列された導体を有する誘導性コイルアンテナの発明によって解決されている。アンテナをインターリーブした対称的パターン内で多数の導体に分割することによって、電圧降下が減少される。何故ならば、それがアンテナの複数導体に分割されるからである。従って、ソース電力信号の周波数は、従来のコイルアンテナにおけるように制限されない。この形式のコイルアンテナは、この明細書において、“インターリーブされた”コイルアンテナと呼ばれる。このようなインターリーブされたコイルアンテナは、平坦なパンケーキ形状ばかりでなく、ドーム形状や、側壁の周りに円筒状のスカートを有するドーム形状、またはチャンバの側壁の周りに円筒状のスカートを有する平坦なパンケーキ形状を有するいろいろな構成として開示されている（米国特許5,919,389号）。
【０００４】
チャンバの天井の上に置かれているコイルアンテナの１つの制限（従来の形式ばかりでなくインターリーブされた形式も）は、アンテナの隣接する導体間の相互インダクタンスが一般に水平方向にある（一般にＲＦ電力がプラズマに誘導的に結合されなければならない垂直方向に直角である）ことである。これは、プラズマへのパワーデポジションの空間制御を制限する１つの重要なファクターである。本発明の目的は、誘導性結合の空間制御におけるこの制限を克服することである。
【０００５】
一般に、内側と外側のコイルアンテナの場合、それらは、物理的に、（それぞれの半径に限られるよりはむしろ）半径方向に、即ち水平に配置されるので、それらの半径方向の位置はそれに従って拡散される。これは、特に水平の真の“パンケーキ”形状である。従って、内側と外側アンテナ間に供給されたＲＦ電力の相対的な配分を変えることによって、プラズマイオン分布の半径方向の分布を変える能力が制限される。この問題は、特に、大きな直径（例えば、３００ｍｍ）を有する半導体ウエハを処理する場合に重大である。これは、ウエハの大きさが増加するに従って、全体のウエハ表面を横切って均一なプラズマイオン密度を維持することがより困難になるからである。プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる磁界の半径方向の分布を調整することによって容易に整えられる。それはプラズマイオン密度を決定するこの磁界である。従って、ウエハの大きさが増加するに従って、印加されたＲＦ磁界の半径方向の分布を整えるか、または調整する能力が必要である。よって、内側と外側アンテナ間に加えられたＲＦ電力の分布の影響を増大することが必要であり、特に、内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置へ制限することによってこれを達成することが必要である。
【０００６】
内側と外側コイルアンテナを使用する場合に遭遇する他の問題は、一般に、外側アンテナが内側アンテナより著しく大きなインダクタンスをもっている（外側の半径の距離が長いため）ので、それらは大きく異なるインピーダンスを有することである。その結果、２つのコイルのインピーダンスは同じでない。この問題は、チャンバの大きさが増加して大きな半導体ウエハを収容するに従ってより深刻である。この問題を取り巻く１つの方法は、内側と外側アンテナを駆動するために、独立したＲＦ電源を使用することである。各々の電源がそれ自体のインピーダンスマッチング回路網を有しているので、内側と外側アンテナ間のインピーダンスの不均衡は問題ではない。しかし、２つの独立した電源を同相に保つことが困難または実際的でないので、それらのＲＦ電流が同相または逆相でなくなるに従って、２つのアンテナによって発生されるＲＦ磁界間の有益及び無益な干渉の発生により、望ましくない影響が発生するという他の問題が起こる。この問題は、本発明の１つの特徴に従って、異なるＲＦ電力レベルをその２つの出力ヘ分配する能力を有する単一の、新規な、二重出力ＲＦ電源を用いることによる克服される。しかし、この単一のＲＦ電源の場合、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡は、再び問題である。従って、いずれかの誘導性結合を犠牲にすることなく、内側と外側コイルのインピーダンスの少なくとも均等化を容易にすることが必要である。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの実施の形態は、半導体ワークピースを処理するためのプラズマリアクタにおいて実現される。このリアクタは、側壁及び天井を有する真空チャンバ、チャンバ内に、一般に天井に面するワークピース支持ペデスタル、プロセスガスをチャンバへ供給することができるガス入口及び天井の上に置かれるソレノイドのインターリーブされた並列導体のコイルアンテナを含み、さらに、軸対称から少なくともほぼ一様に横に変位したそれぞれの同軸ヘリカルソレノイドにおいて天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第１の複数導体を含んでいる。各々のヘリカルソレノイドは、対称軸に平行な方向に他のヘリカルソレノイドからオフセットされている。ＲＦプラズマソース電源が複数導体の両端に接続される。
【０００８】
他の実施の形態において、アンテナは、天井の上に置かれ、それぞれの同軸状に並んだヘリカルソレノイドにおいて、天井にほぼ垂直な対称軸の周りに巻かれた第１の複数導体を含むソレノイドのセグメント化された並列導体コイルアンテナであり、各々のヘリカルソレノイドは、軸対称に垂直な方向に最も近い他のヘリカルソレノイドから複数導体の約導体幅の距離だけオフセットされており、それによって、各々のヘリカルソレノイドは、僅かに異なった直径を有する。
【０００９】
いずれかの実施の形態において、リアクタは、さらに、天井の上に置かれ、第１のソレノイドのインターリーブされた並列導体コイルアンテナによって囲まれ、且つ、それより小さい横方向の大きさを有する内側アンテナを有し、それにより、第１の並列導体コイルアンテナは外側コイルアンテナとなる。１つの形態において、リアクタは、さらに、内側コイルアンテナに接続された第２のＲＦプラズマソース電源を有し、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されるＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。しかし、好適な実施の形態においては、ＲＦプラズマソース電源は、差動的に調整することができる電力レベルを有する２つのＲＦ出力を有し、この２つのＲＦ出力の一方は、外側アンテナに接続され、その他方は内側アンテナに接続され、それにより、内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されたＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整することができる。
【００１０】
好ましくは、第１の並列複数導体の数は、第２の並列複数導体の数より大きく、且つ、それに従って、第１の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側のアンテナのそれの少なくとも近づけるように、短くされる。
【００１１】
また、内側アンテナが並列導体アンテナであるならば、好ましくは、第１の並列複数導体の数は、第２の並列複数導体の数より大きく、且つ、第１の並列複数導体の長さは、それに従って、第１の並列複数導体の長さは、外側アンテナの誘導性リアクタンスを内側アンテナの誘導性リアクタンスに少なくとも近づけるように、短くされる。
【００１２】
外側アンテナの第１の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、且つ、内側アンテナの第２の複数導体の横方向の変位は、好ましくは、一様であり、それにより、内側と外側アンテナは、導体の厚さに相当する幅のそれぞれの狭い環状内に制限され、それにより、供給されたＲＦ磁界の半径方向の分布に関して内側と外側アンテナの差の影響を最大にする。
【００１３】
（好適な実施の形態の詳細な説明）
ソレノイドのインターリーブされたコイルアンテナ
図１を参照すると、プラズマへの誘導性結合の効率は、ソレノイドのマルチ導体のインターリーブされたコイルアンテナとしてアンテナ１００を構成することによって、増大される。図示された実施の形態において、ソレノイドのアンテナ１００は、垂直の真っ直ぐな円筒、または仮想の円筒状表面または位置を規定し、その対称軸は、リアクタの真空チャンバ１０１の対称軸と一致する。好ましくは、更に、それは処理のために受取られるワークピースの対称軸と一致する。図１において、リアクタチャンバ１０１は円筒上の側壁１０５と平坦な天井１１０によって画定される。ウエハ支持ペデスタル１１５は、リアクタチャンバ１０１内に設けられ、チャンバの天井に面して向けられ、チャンバの対称軸にその中心が置かれる。真空ポンプ１２０がチャンバの排気出口に接続される。プロセスガスの供給源１２５は、ガス入口１３０を介してプロセスガスをリアクタチャンバ内部に供給する。プロセスガスは、例えば、ポリシリコンエッチング用のハロゲン化物ガス、二酸化シリコンエッチング用のフルオロカーボンガス、またはシリコンの化学気相堆積プロセス用のシランを含むことができる。または、ガスは、例えば、金属エッチング用の塩素含有ガスを含むことができる。ガスの入り口１３０は、単一のパイプとして図１に示されているが、しかし実際には、より精巧な構造、例えば多数の入口を介して実現される。
【００１４】
アンテナからチャンバへ誘導されるＲＦ電力の影響の下で、これらのガスはワークピースを処理するためのプラズマを支える。実行されるプラズマプロセスは、エッチングばかりでなく、適当な先駆ガスを用いる堆積、例えば化学気相堆積を含むことができる。
【００１５】
ペデスタル１１５は、インピーダンスマッチング回路網１４０を介してバイアスＲＦ電源１４５に結合される導電性電極１１５ａを有する。チャンバ側壁１０５はアルミニウムのような金属であり、一方、天井１１０はクォーツのような誘電体であることができる。本発明の他の実施の形態においては、天井は平坦でなく、ドーム形状またはコニカル形状であることができる。さらに、天井１１０は、誘電体以外の半導体であってもよい。天井の半導体材料は、それがアンテナばかりでなく電極からのＲＦ誘導性磁界に対して窓として働くように最適な導電率を有している。この目的のために最適な導電率の決め方は、"Parallel Plate Electrode Plasma Reactor Having An Inductive Antenna Coupling Power Through a Parallel Plate Electrode：平行板電極を介して電力を給電する誘導性アンテナを有する平行板電極プラズマリアクタ"の名称でKenneth S. Collinsに与えられ、２０００年６月２０日に発行された米国特許第6,077,384号に記載されている。本件の場合、天井１００が電極として用いられているが、それは接地される（点線で示されている）か、またはマッチング回路網１５０を介してＲＦ電源１５５に接続されることができる（同様に、点線で示されている）。チャンバ及び/またはアンテナは、円筒型状以外の形状を有することができ、たとえば、それは矩形であっても、正方形の断面を有していても良い。ワークピースも円形以外の形状であってもよく、例えば、それらは正方形または他の外形で良い。処理されるべきワークピースは、半導体ウエハでも良いし、またはそれらはマスクレチクルのような他のものであってもよい。
【００１６】
インターリーブされたソレノイドコイルアンテナ１００は、如何なる数のインターリーブされた導体を含むことができる。図１の実施の形態において、コイルアンテナは、３つのインターリーブされた対称的に配置された導体１６０、１６３、１６６から成っている。アンテナの複数導体は、互いにほぼ平行なそれぞれのヘリカスパスに沿って置いてある。各々のへリックスは、同じ仮想の直立円筒面にしたがって、ソレノイド構成を形成している。図示されているように、ヘリカル導体１６０、１６３、１６６は、垂直方向に互いに一様に離されている。より一般的には、導体は、チャンバのほぼ対称軸の方向に、互いに実質的に一様に離されている。それらの電力の入力タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、それぞれ、インピーダンスマッチング回路網１７０を介してＲＦプラズマソース電源１７５に接続されている。それらの戻りタップ１６０ｂ、１６３ｂ、１６６ｂは、それぞれグランドに接続（接地）されている。図示されているように、電力（入力）タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、好ましくは、仮想円形の同じ水平面にあり、一様な間隔で仮想円形の周囲に沿って配置されていいて、３つの導体の場合、それは１２０度である。より一般的には、前述された面はチャンバの対称軸を横切っている。同様に、戻りタップ１６０ｂ、１６３ｂ、１６６ｂは、同一面にあり、一様の間隔で配置されている。この実施の形態において、各々の導体１６０、１６３、１６６のヘリカルパスは、タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａが同一平面にあるが、導体間でほぼ一様な軸変位を実現するために軸方向に充分な傾斜を有している。他の実施の形態では、タップは同一面にある必要はない。
【００１７】
図１の実施の形態において、各々の導体の電力タップと戻りタップは、軸方向に整列されている（ここでは、チャンバの軸が垂直に向くように示されているので、垂直に整列されている）。例えば、導体１６０の電力タップ１６０ａと戻りタップ１６０ｂは軸方向に整列されている。好ましくは、巻線の接地された端部は、高電位をプラズマに近づけないために、図１に示されるようにチャンバ天井に最も近づけてあり、それにより、アークが起きる傾向及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【００１８】
主な利点は、誘導性結合が単一導体以外の複数導体（例えば、３つの導体１６０、１６３、１６６）によってもたらされ、その結果誘導性結合の同じ量に対して、長さの短い導体を用いることができる。この特徴は、各々の導体に沿う電位降下を大きく減少し、容量性結合を有利に減少する。
【００１９】
この図示された実施の形態において、アンテナ１００は、円筒状のリアクタチャンバの側壁１０５の対称軸の周りに対称的に配置される。従って、例えば、入力タップ１６０ａ、１６３ａ、１６６ａは、円筒形の側壁１０５の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。同様に、アンテナ１００の下部にある出力（戻り）タップ１００ｂ、１６３ｂ、１６６ｂも円筒形の側壁１０５の対称軸から及び互いに等しく間隔が開けられている。さらに、各々の導体１６０、１６３、１６６は、対称軸の回りに互いに実質的に同じ間隔が開けられた実質的に同じ形状であり、また実質的に同じ長さである。好ましくは、それぞれの導体の入力と出力のタップ（例えば、入力と出力のタップ１６０ａ、１６０ｂ）は、互いに垂直に整列されている（即ち、円筒状の側壁１０５の対称軸に沿っている）。
【００２０】
ソレノイドコイルがどうして良好な結合を与えるか
本発明の図示された実施の形態のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントが対称軸の方向にその最も近い隣の導体セグメントから離されているので、アンテナのプラズマへの結合を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合へ寄与する磁力線は軸方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内でプラズマに向かって有効に達する。従って、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向に相互結合を有していて、平坦である設計に比べて増加される。図１の実施の形態において、３つの導体１６０、１３６、１６６は、互いに軸方向に離されているので、最も近い隣の導体間の相互インダクタンスは、一般にチャンバの軸方向にある。
【００２１】
多数のインターリーブされた導体を有する内側と外側のソレノイドコイルアンテナ
図２−４は、内側と外側ソレノイドアンテナを有するリアクタの斜視図、上面図及び縦断面図を示し、それぞれのアンテナは、図１に示された形式のインターリーブされた多数の導体を有する。内側ソレノイドドアンテナ２１０は、２つのインターリーブされた導体２１５、２２０（図１に示された３つとは異なる）を有する。しかし、他の実施の形態では、これらのインターリーブされた導体より大きな数の導体が設けられてもよい。電力タップ（端子）２１５ａ、２２０ａは、互いに１８０度の角度離されて配置されており、戻りタップ２１５ｂ、２２０ｂも同様である。図１の実施の形態におけるように、図２のそれぞれの導体２１５、２２０の電力及び戻り端子は、垂直に整列されている。他の実施の形態では、それらは軸整列されていなくても良い。また、図１の実施の形態におけるように、図２において、電力タップ２１５ａ、２２０ａは軸を横切った上部面にあるが、戻りタップ２１５ｂ、２２０ｂは軸を横切った下部面にある。図示された位置において、これら横切った両方の面は水平である。導体２１５、２２０の各々は、充分な傾斜を有してへリックス状に巻かれており、電力タップ２１５ａ、２２０ａの１８０度の角度離間は、図２に示された導体２１５、２２０間で軸方向のオフセットを与えるのに充分である。
【００２２】
外側アンテナ２３０は、上部水平面において１２０度間隔の電力タップ２３５ａ、２４０ａ、２４５ａ及び下部水平面において１２０度間隔の戻りタップ２３５ｂ、２４０ｂ、２４５ｂを有する３つのインターリーブされた平行導体２３５、２４０、２４５を有している。プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を容易にするために、内側と外側アンテナ２１０、２３０のそれぞれ１つに供給された電力レベルは、別々に又は作動的に調整可能でなければならない。この目的のために、図２はそれぞれのインピーダンスマッチング回路網２６０、２６５を介して内側と外側のアンテナ２１０、２３０に結合された２つの個別のＲＦ電源２５０、２５５を示している。個別の電源を用いる１つの問題は、それらの出力信号が同相及び逆相をさまよう傾向にあることである。代わりに、図４は内側と外側のアンテナ２１０、２３０に接続された差動的に調整可能な２つの出力を有する共通のＲＦ電源２７０を示す。二重出力ＲＦ電源２７０は本明細書の後の方で説明される。その主な利点は、内側と外側のアンテナ２１０、２３０に供給される別々に調整可能なＲＦ信号は同相であるが、しかし、それぞれの電力レベルは互いに関して調整することができる。多重コイルアンテナの革新的な設計は、多重コイル間のインピーダンスマッチングとバランス、及び共通電源の使用を容易にする。
【００２３】
図４の立断面図は、内側と外側アンテナ２１０、２３０の個々の半径方向の形状が如何に天井１１０の小さな領域にあるかを示しており、残りの領域は、大部分の天井の上に温度制御素子の配置用の充分なスペースを提供している。特に、例えば、温度制御素子は、内側と外側アンテナ２１０、２３０の下にない部分の天井１１０の上面に接触して熱伝導スペーサ２８６、２８８を有することができる。内側のスペーサ２８６は、内側アンテナ２１０によって囲まれ直立固体円筒であり、一方、外側のスペーサは、内側と外側アンテナ２１０、２３０によって囲まれた個体環状体である。冷却板２９０が熱伝導スペーサ２８６、２８８の上面に接して置かれ、冷却板を通して延びる冷却液が循環する冷却路２９２を有する。さらに、スペーサ２８６、２８８は、天井１１０に面して加熱ランプ２９４を収容するための中空のスペースを有することもできる。
【００２４】
ソレノイドの内側 / 外側アンテナが如何にプラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を増大するか
平坦な（“パンケーキ状”）形式の内側と外側アンテナは、比較的大きな水平の環状体を横切って分布されるようになるので、それらの放射電力のデポジションの“ロケーション”は個々に定義されていない。例えば、内側アンテナの外側巻線のあるものは、外側アンテナの内側巻線の近くにある。従って、内側アンテナの最も外側巻線に流れるこれらのＲＦ電流は、外側アンテナの内側巻線の結合に影響する。同様に、外側アンテナの最も内側の巻線に流れるＲＦ電流は、内側アンテナの外側巻線の結合に影響する。結果として、内側と外側アンテナの位置的効果は拡散され、半径方向の電力分布は、ソレノイドコイルに供給されるＲＦ電力を単に調整することによって容易に制御することができない。これは、それらが、内側と外側アンテナに供給される電力レベル間に与えられた相違に対するＲＦ磁界の半径方向の分布（及び、従って、プラズマイオン密度の半径方向の分布）をシフトすることができる程度減少する。
【００２５】
逆に、図２-４に示された実施の形態において、複数導体がほぼ垂直方向に（即ち、より一般的には、チャンバ軸の方向に）互いにオフセットされているソレノイドの内側と外側アンテナ２１０、２３０は、薄い導体それ自体の半径方向の幅を超える半径方向の幅を実際にもたない。これは、水平面（即ち、より一般的には、チャンバの軸を横切る面）において、内側と外側アンテナ２１０、２３０は、円形のラインが薄い２つの個々の同心円として現れていることを明らかに示している図３の実施の形態において最もよくわかる。従って、例えば、外側アンテナ２３０に供給されるＲＦ電力の全てが外側アンテナの単一の個々の半径位置からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置で浪費されることがない。内側アンテナ２１０へ供給されるＲＦ電力の全てが内側アンテナ２１０の単一の個別半径から放射する点で、内側アンテナについても正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナ２１０、２３０の供給された電力レベルにおける相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布におけるシフトとが従来の場合におけるより非常に大きいことが理解される。
【００２６】
この特徴は、チャンバのサイズが大きな半導体ウエハのサイズを収容するために上方に向かって大きくされるに従って、大きな利点を提供する。ウエハのサイズが大きくなるに従って、全体のウエハ表面にわたって一様なプラズマイオン密度を維持し、且つウエハ表面にわたってプラズマイオン密度の分布を調整することが困難になる。プラズマイオン密度の半径方向の分布は与えられた誘導磁界の半径方向の分布によって大部分決まる。したがって、プラズマイオン密度の半径方向の分布は、オーバヘッドアンテナから与えられる誘導磁界の半径方向の分布を調整することによって、容易に形成される。ウエハのサイズが大きくなるにしたがって、供給されるＲＦ誘導磁界の半径方向の分布を形成し又は調整する大きな能力は、前に可能であった以上に必要とされる。この必要性は、（ａ）内側と外側アンテナの各々を別々の、または非常に狭い半径方向の位置に制限することによって、及び（ｂ）このアンテナを複数の対称に配列された導体として設けることによって、内側と外側アンテナ間に与えれたＲＦ電力の配分の効果を増大することによって得られる。これは、いろいろな直径のアンテナの著しく増大されたインピーダンスマッチング、及び電力配分能力に対する基礎を提供するばかりでなく、以下に詳細に説明されるように、電圧降下及び望ましくない容量性結合の影響を最小にする。
【００２７】
内側と外側アンテナのインピーダンスはどのようにマッチングされるか
本明細書において上述されたように、外側アンテナ２３０の大きな寸法は、内側アンテナ２１０の導体長より長く、したがって大きな誘導性リアクタンスを示す。これは、リアクタチャンバを横切って一様な電位差を維持することにおいて問題を生じ、もし、共通のＲＦ電源が用いられるならば、インピーダンスのマッチング問題を生じる。本発明の１つの特徴は、外側アンテナと比較して、内側アンテナのインターリーブされたコイルの複数導体の長さ及び数を調整することによって、この問題を解決している。特に、外側導体は、内側導体より大きな数のそれぞれのインターリーブされた導体として与えられる。さらに、外側導体の各々は、比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体長の割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。
【００２８】
従って、この問題は、外側アンテナ２３０における導体の各々のインダクタンス（長さ）を減少することによって、本発明の特徴の１つとして解決される。同時に生じる、外側アンテナ２３０の全体の誘導性結合の減少を避けるために、それぞれの導体の数は、内側アンテナ２１０よりも外側アンテナ２３０において多く設けられる。特に、内側アンテナ２１０が１８０度に設けられたタップを有する２つのみの導体を有しているのに対して、外側アンテナ２３０は、図２-４に示されるように、１２０度毎に設けられたタップを有す３つの導体を有している。他のアンテナに対してより大きな数の導体は、それぞれの短い導体長を補償するために誘導結合を増大する。更に、短い導体の各々は、同様な、単一の導体アンテナの使用と比較して、非常に減少された電圧降下を示す。
【００２９】
第１の一体化された実施の形態
図５は、多数のソレノイドのオーバヘッドアンテナを有する第１の一体化された実施の形態を示し、各々は複数のインターリーブされた導体を有する。内側のソレノイドアンテナ５１０は、１８０度間隔で電力タップ５１５ａ、５２０ａを有する一対のインターリーブされた導体５１５、５２０を有する。外側のソレノイドアンテナ５２５は、対称軸に関して９０度間隔で電力タップ５３０ａ、５３５ａ、５４０ａ、５４５ａを有する４つのインターリーブされた導体５３０、５３５、５４０、５４５を有する。それぞれのインターリーブされた導体は、設けられたアンテナの残りの導体にほぼ平行である。内側アンテナ５１０の上にある内側の円形電力バス５５０は、内側アンテナの電力タップ５１５ａ、５２０ａに接続されている。同様に、外側の円形電力バス５５２は、外側アンテナの電力タップ５３０ａ、５３５ａ、５４０ａ、５４５ａに接続されている。外側アンテナ５２５の下にあり、９０度間隔で設けられた４つのアーム５６０、５６２、５６４、５６６の組は、それぞれの接地されたタップを円形の接地されたハウジング５７０に接続する。１８０度間隔にある互いに反対側にある２つのアーム５６０、５６４は、内側アンテナの接地されたタップ５１５ｂ、５２０ｂにそれぞれ接続され、且つ、外側アンテナの接地されたタップ５３０ｂ、５４５ｂに接続されている。残りの２つの反対側にあるアーム５６２，５６６は外側アンテナの接地されたタップ５３５ｂ、５４５ｂに接続されている。図５に与えられたアンテナの複数導体の各々の１つに対して、電力タップと接地されたタップは、軸方向に整列している。
【００３０】
さらに、双方の内側と外側アンテナの電力及び接地タップは、共直線であり、軸整列している。しかし、それらは整列されている必要がない他の実施の形態が可能である。多数の導体及び対称的な設計は、それぞれのコイル内に及び多数のコイル間で、このような整列されたタップの使用を容易にし、アンテナへのＲＦ電力の入力を非常に簡単にし、また、クロストーク、ストレーリアクタンス、及びプラズマにおける不均一性の可能性を最小にする。
【００３１】
セグメント化され、並べられたソレノイド導体
図６Ａ及び図６Ｂは、複数導体がインターリーブ（例えば、図１に示された形式におけるように）されていない単一のソレノイド導体コイルアンテナを示すが、平行に並べられた導体６１０、６２０にセグメント化されており、したがって、それぞれ並べらたセグメント化された導体からなると考えられるソレノイドアンテナを形成する。図６Ｂの上面図は、チャンバの軸の方向に軸に沿って配置されるか、又は図示されるように垂直配置されるよりは、むしろセグメント化された導体がどのように並べられているかを示す。与えられたアンテナのインターリーブされた実施の形態におけるように、並べられた複数導体が互いに実質的に平行なヘリカル経路に沿って軸の周りに対称的に配列されている。導体６１０、６２０の一方が他方よりやや大きなヘリカル半径を有しているので、導体６１０は内側のセグメントであり、導体６２０は外側のセグメントである。並べられた導体６１０、６２０は、単一のアンテナとして機能する。何故ならば、それらは共に接近した間隔で配置されているからである。例えば、図示された実施の形態では、それらは、導体６１０、６２０の厚さの２０分の１程度以内の半径方向の距離だけ間隔が開けられている。幾つかの実現例では、この距離は、導体の厚さの３０倍程度大きいか、又は導体の厚さのほんの何分の１程度の小ささである。
【００３２】
図７Ａは、図６Ａ及び図６Ｂに示された形式の２つのソレノイドのセグメント化され、並べられた複数導体アンテナが、図５の内側と外側アンテナの代わりに内側と外側としてどのように用いられているかを示している。図７Ａにおいて、内側アンテナ７１０は、上部の電力タップ７１２ａ、７１４ａ及び下部の戻りタップ７１２ｂ、７１４ｂを有する一対の並べられたソレノイド導体７１２、７１４から成る。外側アンテナ７３０は、４つの並べられたソレノイド導体７３５、７４０、７４５、７５０から成り、各々は、内側アンテナ７１０の数より少ない数の導体を有している。それらの電力タップ７３５ａ、７４０ａ、７４５ａ、７５０ａは上部にあり、それらの戻りタップ７３５ｂ、７４０ｂ、７４５ｂ、７５０ｂは、下部にある。内側と外側アンテナ７１０、７３０は、好ましくは、それらの電力レベルが差動的に調整されるように、異なる電力の出力端子へ接続される。これは、以下に説明されるように、別々の電源または別々に又は差動的に調整可能な出力を有する共通電源を用いて達成されることができる。
【００３３】
図７Ｂは、図７Ａの実施の形態における変形例を示し、図７Ａの実施の形態におけるように平坦とは異なるリアクタチャンバの天井がドーム形状であり、セグメント化されたソレノイドの内側と外側アンテナが図７Ｂのドーム形状の天井１１０に沿っている。したがって、内側アンテナ７１０の各々のソレノイド状コイル７１２、７１４及び外側アンテナ７３０のそれぞれのソレノイド状コイル７３５、７４０は、コニカル状のへリックス又はヘリカルなドーム形状に巻かれており、各々の下側巻線７１２、７１４、７３５、７４０は、コイルの上側巻線より大きな直径を有している。好ましくは、コイル７１２、７１４、７３５、７４０が巻かれる前のコニカル表面は、図７Ｂのドーム形状の天井１１０と一致している。
【００３４】
内側と外側の平坦なコイルアンテナのチューニング
図８は、内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナの平坦な形態は、それらのインピーダンスをマッチングに近づけるように、アンテナをチューニングするために如何に変形されるかを示している。図５の実施の形態におけるように、図８の内側アンテナは、２つのインターリーブされた導体８１５、８２０を有し、一方、外側アンテナ８２５は、４つのインターリーブされた導体８３０、８３５、８４０、８４５を有している。内側アンテナの電力タップ８１５ａ、８２０ａは共通に接続され、一方、接地タップ８１５ｂ、８２０ｂは１８０度の間隔で設けられいる。外側アンテナの電力タップ８３０ａ、８３５ａ、８４０ａ、８４５ａは９０度の間隔で設けられ、外側アンテナの接地タップ８３０ｂ、８３５ｂ、８４０ｂ、８４５ｂも同様に９０度の間隔で設けられている。図５の実施の形態におけるように、図８の内側と外側アンテナはほぼインピーダンスマッチングされている。何故ならば、外側アンテナは、内側アンテナとして個々の導体の２倍多く設けられており、その長さは、外側アンテナの全体の誘導結合を犠牲にすることなくそれらのそれぞれのインダクタンスを減少するように比例して短くされているからである。
【００３５】
上述したように、内側と外側の多数導体アンテナ８１０、８２５間の良好なインピーダンスマッチングは、双方のアンテナのために共通の電源を用いるために、電力のプラズマへの優れた結合及びより実用的な適用を含む多くの望ましい利点を容易にする。改善されたインピーダンスマッチングの同じ原理が、ソレノイド及び平坦な形状ばかりでなく、インターリーブされ、且つセグメント化されたものを含み、形状に無関係に、それぞれが多数の導体を有する複数のアンテナを含むる誘導性ソースへ適用することができる。
【００３６】
ドーム天井を有するソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図９は、天井１１０がドーム形状であるプラズマリアクタが如何に図５の円筒形ソレノイドの内側と外側アンテナ５１０、５２５を有するかを示している。図９において、外側アンテナ５２５は、ドーム天井の外側部分に載置され、したがって、内側アンテナ５１０より幾らか低いレベルに設けられている。
【００３７】
図１０は、図９の変形例を示し、外側アンテナ５２５は、ドーム形状の天井１１０の外側部分の傾斜及びほぼ垂直な表面に一致しているアンテナであるように変形されている。
【００３８】
図１１は、図９の変形例を示し、外側巻線５２５のソレノイドは、断面がドーム形状の天井１１０の表面に垂直であるように、逆コニカルの部分形状を有するアンテナであるように変形されている。
【００３９】
図１２は、図１０の変形例を示し、内側アンテナ５１０がQian他に付与された前述の特許に記載されている形式の平坦なインターリーブされたコイルアンテナ１２００によって置き換えられている。
【００４０】
図１３は、図９の変形例を示し、外側アンテナ５２５が天井１１０の上に置かれるよりもチャンバの側壁１０５を囲むように、チャンバの円筒形の側壁１０５のレベルに置かれている。
【００４１】
平坦な天井に設けられたソレノイドのインターリーブされたアンテナ
図１４は、天井が平坦である図１３の変形例を示す。
図１５は、図１４の変形例を示し、内側アンテナが図１２の平坦なインターリーブされた並列導体コイルアンテナ１２００である。
【００４２】
インターリーブ化とセグメント化の組合せ
図１６は、図１を参照して説明したインターリーブ化及び図６ａを参照して説明したセグメント化の両方を有する単一のソレノイド状コイルアンテナ１６００を示す。図１６のアンテナは、２つのインターリーブされた並列導体１６１０、１６２０を有する内側のセグメント１６０５を有する。この内側のセグメント１６０５は、実質的に図１のインターリーブされたソレノイドコイルの２つの導体の例である。図１６のアンテナは、さらに、内側セグメント１６０５を囲む外側セグメント１６３０を有する。また、外側のセグメントも、２つのインターリーブされた並列導体１６４０、１６５０を有する。外側セグメント１６３０も図１のインターリーブされたソレノイドコイルの２つの導体の例である。図１６における導体のそれぞれの上端は電力タップであり、それらの全てがインピーダンスマッチング回路網１６６０を介してＲＦ電源１６７０に接続されている。図１６における導体のそれぞれの下端は、グランドに接続される戻りタップである。
【００４３】
図１７は、外側アンテナ５２５が図１６のアンテナ１６００で置き換えられているほかは、図５の実施の形態と同様の本発明の他の実施の形態を示す。図１７の内側アンテナ５１０は、図５を参照して説明したものと同じである。
【００４４】
図１７は、図１６の縦断面図よりアンテナ１６００の詳細な図を与える斜視図である。図１７は、内側セグメント導体１６１０の電力及び接地タップ１６１ａ、１６１０ｂが垂直に整列され、且つ内側セグメントの他の内側アンテナ導体１６２０の垂直に整列された電力と接地タップ１６２０ａ、１６２０ｂから１８０度だけオフセットされていることを示す。同様に、外側セグメントの導体１６４０の電力と接地タップ１６４０ａ、１６４０ｂが垂直に整列され、且つ外側セグメントの他の導体１６５０の垂直に整列された電力と接地タップ１６５０ａ、１６５０ｂから１８０度だけオフセットされていることを示す。さらに、内側セグメント１６０５のタップは、外側セグメント１６３０のタップに対して９０度の位置に配置されている。
【００４５】
内側アンテナ５１０の上にある内側環状電力バス１７５０は、内側アンテナ５１０の電力タップの各々にＲＦ電力を供給する。外側アンテナの内側と外側セグメント１６０５、１６３０の両方の上にある外側環状電力バス１７６０は、セグメント１６０５、１６３０の電力タップの各々にＲＦ電力を供給する。
【００４６】
複数の差動的に調整可能な出力を有するＲＦ電源
少なくとも２つの差動的に調整可能な電力出力を有するＲＦ電源は、この明細書において前述されており、"Inductively Coupled Plasma Source with Controllable Power Deposition"の名称で、Barnes他によって２０００年４月６日に出願され、出願中の米国特許出願第09/544,377に記載されている。この記載は、レファレンスによってここに取り込まれる。図１８は、二重出力を有するこのような電源の１つの実施の形態を示す。図１８において、ＲＦ電源１８００は、インピーダンスマッチング回路網１８１５を介して直列キャパシタ１８２０と可変並列キャパシタ１８２５に接続されたＲＦ発生器１８１０を有する。電源１８００の第１のＲＦ出力端子１８３０はマッチング回路網１８１５と直列キャパシタ１８２０間に接続され、一方、第２のＲＦ出力端子１８４０は、直列キャパシタ１８２０の反対側に接続される。可変並列キャパシタ１８２５を調整することは、その調整に依存して、多くの電力を一方の出力端子又は他方の出力端子へ配分する。したがって、２つの出力端子における電力レベルは、差動的に調整できる。図１８に示されるように、第１の出力端子１８３０は、内側アンテナに接続され、一方、他方の出力端子１８４０は図５の外側アンテナに接続される。図１９において、端子１８３０、１８４０は図７の内側と外側のセグメント化された並列導体アンテナ７１０、１３０にそれぞれ接続されている。図２０において、出力端子１８３０、１８４０は、図８の内側と外側のインターリーブされたコイルアンテナ８１０、８２５にそれぞれ接続されている。より一般的には、図１８の二重出力電源は、内側アンテナに接続された端子１８３０及び外側アンテナに接続された端子１８４０を有する内側と外側アンテナを有するあらゆるプラズマリアクタで用いられることができる。これは、図９乃至図１５を参照して上述した外側と内側アンテナを有するリアクタのそれぞれに当てはまる。
【００４７】
電源は、２つより多くのアンテナを有するリアクタと共に使用する２つより多い差動的に調整可能な出力を有することもできる。例えば、図２１は、３つのアンテナ、即ち、内側アンテナ２１１０、中間アンテナ２１２０、及び外側アンテナ２１３０を有するリアクタを示す。これら３つのアンテナの各々は、適当なコイルアンテナのいずれの形式、例えば、平坦なまたはソレノイド状の単一導体コイルアンテナ、平坦又はソレノイド状のインターリーブされた並列導体アンテナ、ソレノイド状のセグメント化された並列導体アンテナ、又は前述の形式の異なるものの組合せであってもよい。しかし、図２１の実施の形態では、内側アンテナ２１１０は、図２のソレノイド状のインターリーブした並列導体アンテナであり、中間アンテナ２１２０は、図１６のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ１６００である。さらに、外側アンテナ２１３０は、図１６のセグメント化され、インターリーブされた並列導体アンテナ１６００の大きな変更である。
【００４８】
図２２は、３つのプラズマリアクタ、例えば２１図の３つのアンテナのあるプラズマリアクタと共に使用する３つの差動的に調整可能な出力端子を有するＲＦ電源を示す。図２２のＲＦ電源は、マッチング回路網２２１５、第１と第２の直列キャパシタ２２２０、２２３０、及び第１と第２の可変並列キャパシタ２２４０、２２５０を有するＲＦ電力発生器２２１０を示す。第１の可変並列キャパシタ２２４０は、第１の直列キャパシタと接地の双方に接続され、また第２の可変並列キャパシタ２２５０は、第２の直列キャパシタ２２３０と接地の双方に接続される。第１の出力端子２２６０は、マッチング回路網２２１５と第１の直列キャパシタ２２２０の間に接続される。第２の出力端子２２６５は、第１の並列キャパシタ２２４０と第２の直列キャパシタ２２３０の間に接続される。第３の出力端子２２７０は、第２の直列キャパシタ２２３０の他方の側に接続される。好ましくは、第１の出力端子２２６０は、図２１の内側アンテナ２１１０の電力タップに接続され、第２の出力端子２２６５は中間アンテナ２１１０の電力タップに接続され、及び第３の出力端子２２７０は、外側アンテナ２１３０の電力タップに接続される。
【００４９】
図２３は、図２２の３端子ＲＦ電源の変形を示し、第１の直列及び並列キャパシタ２２２０、２２４０は、第２の直列及び並列キャパシタ２２３０、２２５０に並列に接続される。
【００５０】
実際に、可変並列キャパシタ２２４０、２２５０は、供給されたＲＦ磁界またはプラズマイオン密度の所望の半径方向の分布が得られるまで、内側、中間及び外側アンテナへ異なるＲＦ電力レベルを分配するように調整される。得られるべき特定の半径方向の分布は行われているプロセスに依存する。例えば、あるプロセスは一様な分布を必要とする。他のプロセス、例えば、アルミニウムのエッチングは、供給されるＲＦ磁界の適当な不均一な半径方向の分布を選択することによって補償されるウエハ表面にわたって不均一なガスまたはイオン分布を生成する。この選択は、可変並列キャパシタ２２３０、２２５０の調整により達成される。
【００５１】
図２４は、図１の実施の形態の変形を示し、コイル導体１６０、１６３、１６６を含むコイルアンテナ１００が図１の実施の形態におけるように円形とは異なって対称軸の周りにある矩形である。この実施の形態は、平坦なパネルディスプレイ等を処理するのにより良く適合される。
【００５２】
開示された実施の形態の利点
プラズマリアクタの性能を低下させたこの分野の多くの問題は今解決された。本発明のソレノイドの特徴は、各々の導体セグメントがほぼ軸方向にその最も近い隣にある導体セグメントから置き換えられているので、アンテナの効率を増加する。この方法で、導体セグメント間の相互結合に寄与することができる磁力線は、垂直方向にあるので、それらはリアクタチャンバ内のプラズマへ向かって有利に到達する。したがって、プラズマへの結合は、コイルがチャンバ軸に垂直な方向で相互結合している平坦である設計に対して増大される。
【００５３】
垂直なソレノイドのインターリーブされた複数導体の内側と外側アンテナは、薄い導体自体の幅を超えて殆ど半径方向の幅をもたない。したがって、例えば、外側アンテナへ供給されるＲＦ電力の大部分は、外側アンテナの単一な個々の半径からチャンバへ放射するので、上述した従来のアンテナにおけるように内部の半径方向の位置において“浪費”されない。内側アンテナに供給されるＲＦ電極の大部分が内側アンテナの単一の個々の半径から放射する点において内側アンテナについては正しい。従って、外側の半径方向の位置において浪費されることがない。結果的に、内側と外側アンテナに関して供給される電力レベルの相違の与えられた範囲に対して、プラズマイオン密度の半径方向の分布において従来の場合に可能であるより非常に大きなシフトが実現される。
【００５４】
本発明のこの特徴は、非常に大きなウエハ表面にわたって均一な及び/又は調整可能なプラズマイオン分布を与える点において特に有利である。したがって、チャンバサイズは、内側と外側アンテナ構造を用いて、大きな直径のウエハまで容易に大きくできる。更に、非常に大きな数のアンテナ、例えば内側と外側アンテナ間に中間アンテナを用いることによって、非常に大きなものが得られる。
【００５５】
内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡の問題は、内側と外側アンテナのインターリーブされたコイルにおける複数導体の長さおよび数を調整することによって克服される。外側アンテナは、内側アンテナより多くの数のインターリーブされた導体にセグメント化される。さらに、外側アンテナの各々の導体は、それに比例して短い。内側と外側アンテナ間のインターリーブされた導体の数及び導体の長さの割合は、内側と外側アンテナのインピーダンス間の不均衡を減少するのに充分である。従って、この問題は、内側アンテナに対して外側アンテナのそれぞれの導体のインダクタンス（長さ）を減少することによって解決される。外側アンテナの全体の誘導性結合における付随の減少を避けるために、内側アンテナより非常に多くの個々の導体が外側アンテナに設けられる。非常に大きな数の個々のアンテナは、外側アンテナの短くされた導体の長さを補償するために誘導性結合を増大する。内側と外側アンテナがマッチングされ、またはほぼマッチングされることについては、両方のアンテナを駆動する共通の電源がインピーダンスマッチングの問題に遭遇することなく用いられることができる。本発明の図示された実施の形態は、プラズマイオン密度の半径方向の分布の調整を可能にする差動的に調整可能な電力レベルを有する多重出力の共通電源を用いる。
【００５６】
インターリーブされた複数導体アンテナに変わるものとして、セグメント化された複数導体アンテナは、インターリーブされた導体アンテナの利点を有しており、ソレノイドまたはドーム形状を有する上述したいろいろな形状において実現される。更に、セグメント化された形状は、上述され、図示された実施の形態にしたがってインターリーブされた形状と組合されることができる。
【００５７】
上述されたソレノイドのインターリーブされ、セグメント化された導体アンテナは、好ましくは、一方の面（例えば、上部）に共通面の電力タップ、及び他方の面（例えば、下部）に共通面の戻りタップを有する。与えられたアンテナの複数導体のそれぞれ１つに対して、その電力タップと戻りタップが垂直に整列（または、より一般的にはコイルアンテナの軸に沿って整列）されるのが有利であり、したがって、アンテナの形状を有利に簡単化することができる。
【００５８】
したがって、第１に、前述の利点の幾つか及び実際には全てが同じプラズマソースにおいて同時に与えられる。
【００５９】
本発明は、図示された実施の形態を特に参照することによって詳細に説明されたが、それらの変形や変更は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 単一の、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第１の実施の形態を示す。
【図２】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の斜視図を示す。
【図３】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の上面図を示す。
【図４】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナを有する本発明の第２の実施の形態の断面図を示す。
【図５】 内側と外側ソレノイドのインターリーブされた導体コイルアンテナを有する本発明の第１の好適な実施の形態の斜視図を示す。
【図６Ａ】 単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の斜視図を示す。
【図６Ｂ】 単一の、ソレノイドのセグメント化された複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態の上面図を示す。
【図７Ａ】 内側と外側ソレノイドのセグメント化された導体アンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図７Ｂ】 コイルアンテナがドーム形状と一致する、図７Ａの本発明の実施の変形例を示す。
【図８】 外側の平坦なインターリーブされた導体コイルアンテナを含み、その導体の長さが内側コイルアンテナのインピーダンスをほぼマッチングするように同調されている本発明の他の実施の形態を示す。
【図９】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの１つの形状を示す。
【図１０】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１１】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１２】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１３】 リアクタチャンバのドーム形状の天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドの、インターリーブされた導体コイルアンテナの更に他の形状を示す。
【図１４】 平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタと共に、ソレノイドのインターリーブされた複数導体コイルアンテナの１つの形状を示す。
【図１５】 平坦なチャンバの天井を有するプラズマリアクタト共に、ソレノイドの、インターリーブされた複数導体コイルアンテナの他の形状を示す。
【図１６】 単一のソレノイドコイルアンテナにおける複数導体のインターリーブ化とセイグメント化を組合せた本発明の実施の形態を示す。
【図１７】 外側アンテナがインターリーブ化とセグメント化された導体を有する図１６に示された形式のソレノイドコイルアンテナである、内側と外側コイルアンテナを有する本発明の好適な実施の形態を示す。
【図１８】 図５の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された差動調整可能な２つの出力を有する単一電源を示す。
【図１９】 図７の内側と外側コイルアンテナに接続された図１８の二重出力を有する電源を示す。
【図２０】 図８の内側と外側コイルアンテナにそれぞれ接続された図１８の二重出力を有する電源を示す。
【図２１】 内側、中間、及び外側のソレノイドの複数導体コイルアンテナを有する本発明の他の実施の形態を示す。
【図２２】 図２１のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第１の実施の形態を示す。
【図２３】 図２１のリアクタと共に使用するための差動的に調整可能な三重出力を有する電源の第２の実施の形態を示す。
【図２４】 コイルアンテナが円形以外の方形である図１の他の実施の形態を示す。
Claims (15)
- ワークピースを処理するためにＲＦ電源の供給と共に使用するプラズマリアクタであって、
天井を有し、対称軸を規定する真空チャンバと、
前記チャンバ内のワークピース支持ペデスタルと、
前記天井の中間部分上に置かれ、各々が同軸のヘリカルソレノイド形状で前記対称軸の周りに巻かれて、互いに重なって配置された第１の複数導体によって構成される第１のソレノイドのコイルアンテナと、
を備え、
前記複数導体は、前記対称軸から少なくともほぼ一様に横方向に間隔を空け、前記複数導体は、ほぼ対称軸の方向に互いに間隔を空け、且つ、前記複数導体の各々は、ＲＦソース電源の両端に接続されることを特徴とするプラズマリアクタ。 - 前記コイルアンテナは、前記対称軸にほぼ垂直な上面と下面の間にあり、各導体によって規定されたヘリカルソレノイド形状は、前記上面近くの導体の上部点、及び
前記下面近くの導体の下部点において終端されており、前記ＲＦ電源は、前記導体の各々の前記上部点及び下部点の両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマリアクタ。 - 前記上部点は、前記ＲＦ電源の出力端子に接続され、且つ前記下部点は、前記天井近くの電位を減少するように接地されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマリアクタ。
- 前記上部点は、ｎがコイルアンテナの前記複数導体の数である場合に、
約３６０/ｎによって互いに角度的に変位されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマリアクタ。 - 前記下部点は、ｎがコイルアンテナの前記複数導体の数である場合に、約３６０/ｎによって互いに角度的に変位されていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマリアクタ。
- 前記上部点は同一平面にあり、且つ、前記上面にあることを特徴とする請求項５に記載のプラズマリアクタ。
- 前記下部点は同一平面にあり、且つ、前記下面にあることを特徴とする請求項６に記載のプラズマリアクタ。
- さらに、前記天井の上に置かれ、前記第１のソレノイドのコイルアンテナによって囲まれ、且つそれより小さな横の広がりを有する内側コイルアンテナを有し、それにより、前記第１のソレノイドのコイルアンテナは、外側のコイルアンテナとなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマリアクタ。
- さらに、前記内側のコイルアンテナに接続された第２のＲＦプラズマソース電源を有し、それにより、前記内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、前記内側と外側アンテナから供給されたＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整可能であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマリアクタ。
- 前記第１のＲＦプラズマソース電源は、差動的に調整可能な電力レベルを有する２つのＲＦ出力を有し、前記２つのＲＦ出力の一方は、前記外側アンテナに接続され、その他方は内側アンテナに接続されており、それにより、前記内側と外側アンテナに供給されたそれぞれのＲＦ電力レベルは、内側と外側アンテナから供給されるＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために差動的に調整可能であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマリアクタ。
- 前記第１の複数導体の数は、前記第２の複数導体の数より大きく、且つ前記第１の複数導体の長さは、それに従って、前記外側アンテナの誘導性リアクタンスを前記内側アンテナの誘導性リアクタンスに少なくとも近づくように短くされることを特徴とする請求項８に記載のプラズマリアクタ。
- 前記内側アンテナは、前記天井の上に置かれ、且つ前記外側アンテナの変位より小さい、前記対称軸から少なくともほぼ一様な横に変位した、同軸のヘリカルソレノイド形状で前記対称軸の周りに巻かれた第２の複数導体が互いに重なって構成される第２のソレノイドの導体コイルアンテナを有し、各ヘリカルソレノイドの導体は、前記対称軸に平行な方向に他のヘリカルソレノイドの導体から互いに間隔を空けていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマリアクタ。
- 前記外側アンテナの前記第１の複数導体の数は、前記内側アンテナの前記第２の複数導体の数より大きいことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマリアクタ。
- さらに、差動的に調整可能な電力レベルを有する２つのＲＦ出力のあるＲＦプラズマソース電源を有し、前記２つのＲＦ出力の一方は前記外側アンテナに接続され、且つ他方は内側アンテナに接続され、それにより前記内側と外側アンテナに供給されるそれぞれのＲＦ電力レベルは、前記内側と外側アンテナから供給されるＲＦ磁界の半径方向の分布を制御するために作動的に調整可能であることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマリアクタ。
- 前記ＲＦプラズマソース電源は、
出力端子と戻り端子を有するＲＦ電力発生器と、
直列キャパシタと、
前記ＲＦ電力発生器の出力端子と前記直列キャパシタの一方の側間に接続されたインピーダンスマッチング素子と、
前記直列キャパシタの他方の側及び前記戻り端子間に接続された可変並列キャパシタと、
前記インピーダンスマッチング素子と前記直列キャパシタ間の接続点に接続された第１の出力ノードと、
前記直列キャパシタと前記可変並列キャパシタ間の接続点に接続された第２の出力ノードと、
を有することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマリアクタ。
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