JP5907652B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

分野

本発明の実施形態は概して、プラズマ処理機器に関する。

背景

誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理リアクタは一般に、処理チャンバ内の処理ガスに、この処理チャンバ外部に配置された１つ以上の誘導コイルを介して電流を誘導することよってプラズマを形成する。誘導コイルをチャンバ外部に配置し、例えば誘電性蓋部によってチャンバとは絶縁させる。高周波（ＲＦ）電流を誘導コイルにＲＦ給電構造を介してＲＦ電源から供給すると、誘導結合されたプラズマを、チャンバ内部で、誘導コイルによって発生した電場から形成することができる。

一部のリアクタデザインでは、同心円状の内方及び外方誘導コイルを有するようにリアクタを構成する。発明者は、内方コイルと外方コイルとの間の（コイルによって誘導された磁場の相殺的干渉による）相加的な電場特性によって、コイルから離れた基板の高さで形成されるプラズマの電場分布が不均一になる場合があることを発見した。例えば、プラズマにおける不均一な電場分布によって引き起こされるエッチング速度の不均一さにより、このようなプラズマでエッチングした基板のエッチングパターンは不均一、例えばＭ形状エッチングパターン（例えば、中心と縁部のエッチング表面が低くなり、中心と縁部との間が高くなる）になる。発明者は更に、内方コイルと外方コイルとの電力比の調節によるこの不均一さの程度の制御が、不均一さの完全なる解消には不十分であることにも気づいた。更に、進化したデバイスのノードのＣＤ要件（例えば、約３２ｎｍ以下）を満たすためには、この現象を原因とする、依然として残るエッチングパターンの不均一性を更に軽減する又は解消する必要がある。

従って、発明者は、プラズマ処理の不均一性をより良好に制御するためのプラズマ処理装置を考案した。

概要

プラズマ処理のための方法及び装置を本願において提供する。一部の実施形態において、プラズマ処理装置は、内部処理容積を有する処理チャンバと、処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第１ＲＦコイルと、処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第２ＲＦコイルとを含み、第２ＲＦコイルは第１ＲＦコイルに対して同軸に配置され、第１及び第２ＲＦコイルは、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流とは異相になるように構成される。

一部の実施形態において、プラズマ処理装置は、内部処理容積を有する処理チャンバと、処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための、第１方向に巻回された第１ＲＦコイルと、処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第２ＲＦコイルとを含み、第２ＲＦコイルは第１ＲＦコイルに対して同軸に配置され且つ第１方向とは反対の第２方向に巻回されているため、ＲＦ電流は第１ＲＦコイルを第１方向に流れ、第２ＲＦコイルを第２方向に流れる。

一部の実施形態において、プラズマ形成方法は、ＲＦ信号を第１ＲＦコイルを通して供給し、ＲＦ信号を第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイルに供給することを含み、ＲＦ信号は第２コイルを第１コイルを通るＲＦ信号の流れに対して異相で流れ、更に、第１及び第２ＲＦコイルによって供給されたＲＦ信号を処理チャンバ内の処理ガスに結合することによってプラズマを形成することを含む。本発明のその他の及び更なる実施形態について以下で説明する。

上記で簡単に要約し且つ以下でより詳細に説明する本発明の実施形態は、添付図面の本発明の例示の実施形態を参照して理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。

本発明の一部の実施形態による誘導結合プラズマリアクタの概略側面図である。 本発明の一部の実施形態による誘導結合プラズマリアクタの一対のＲＦコイルの概略上面図である。 〜 慣用の装置及び本願で開示の本発明の装置のある実施形態を使用して得られたエッチング速度プロファイルのグラフである。 〜 本発明の一部の実施形態によるＲＦ給電構造を示す図である。 〜 本発明の一部の実施形態による誘導結合プラズマ装置の概略上面図である。 本発明の一部の実施形態によるプラズマ形成方法のフローチャートである。

円滑な理解のために、可能な限り、図面で共通する同一要素は同一参照番号を使用して表した。図は正確な縮尺で描かれてはおらず、明確にするために簡略化する場合もある。一実施形態における要素及び構成は、特に記載することなく、その他の実施形態で便宜上利用することも考えられる。

詳細な説明

プラズマ処理のための方法及び装置を本願において提供する。本発明の方法及びプラズマ処理装置によって、有利には、慣用の装置よりも均一なプラズマが得られ、この結果、プラズマで処理する基板の処理結果がより均一なものになる。例えば、本発明のプラズマ装置を利用して形成したプラズマは改善された電場分布を有し、この改善された電場分布はより均一なプラズマをもたらし、またより均一な処理（例えば、基板表面上のエッチングパターン）を行なうのに利用することができる。

図１は、本発明の一部の実施形態による誘導結合プラズマリアクタ（リアクタ１００）の概略側面図である。リアクタ１００は単体で又は統合半導体基板処理システムすなわちクラスタツール（カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なセンチュラ（Ｃｅｎｔｕｒａ、商標名）統合半導体ウェハ処理システム等）の処理モジュールとして利用することができる。本発明の実施形態に従った改変が有益となり得る適切なプラズマリアクタの例には誘導結合プラズマエッチリアクタが含まれ、例えば、同じくアプライドマテリアルズ社から入手可能なＤＰＳ（商標名）シリーズの半導体機器（ＤＰＳ（商標名）、ＤＰＳ（商標名） ＩＩ、ＤＰＳ（商標名） ＡＥ、ＤＰＳ（商標名） Ｇ３ポリエッチャ、ＤＰＳ（商標名） Ｇ５その他等）である。半導体機器の上記の一覧は単なる例であって、その他のエッチングリアクタ及び非エッチング機器（ＣＶＤリアクタ、その他の半導体処理機器等）も本発明の教示に従って適切に改変することができる。

リアクタ１００は、処理チャンバ１０４上に配置された誘導結合プラズマ装置１０２を含む。誘導結合プラズマ装置は、ＲＦ電源１０８を複数のＲＦコイル（例えば、第１ＲＦコイル１１０、第２ＲＦコイル１１２）に連結するためのＲＦ給電構造１０６を含む。複数のＲＦコイルは処理チャンバ１０４に近接して（例えば、処理チャンバの上）同軸に配置され、またＲＦ電力を処理チャンバ１０４に誘導結合することによって処理チャンバ１０４内に供給された処理ガスからプラズマを形成するように構成される。

ＲＦ電源１０８は、整合回路１１４を介してＲＦ給電構造１０６に連結される。電力分割器１０５を設置することによって、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２にそれぞれ供給されるＲＦ電力を調節してもよい。電力分割器１０５は整合回路１１４とＲＦ給電構造１０６との間に連結することができる。或いは、電力分割器が整合回路１１４の一部であってもよく、この場合、整合回路はＲＦ給電構造１０６に連結される２つの出力を有し、出力はＲＦコイル１１０、１１２に各自対応する。電力分割器については、図４に図示の実施形態に従って以下でより詳細に説明する。

ＲＦ給電構造１０６は、電力分割器１１６（又は電力分割器が組み込まれた整合回路１１４）からのＲＦ電流を各ＲＦコイルに結合する。一部の実施形態において、ＲＦ給電構造１０６は、ＲＦ電流をＲＦコイルに対称的に供給するように構成されていることから、ＲＦ電流は各コイルに（例えば同軸構造によって）ＲＦコイルの中心軸に対して幾何学的に対称に結合される。

リアクタ１００は一般に、導電性本体部（壁部）１３０及び誘電性蓋部１２０（この２つが一緒になって処理容積を画成する）を有する処理チャンバ１０４、処理容積内に配置された基板支持台座部１１６、誘導結合プラズマ装置１０２及びコントローラ１４０を含む。壁部１３０は典型的にはアース１３４に連結される。一部の実施形態において、支持台座部１１６は、整合回路１２４を介してバイアス電源１２２に連結されるカソードとなる。バイアス電源１２２は、例えば、最高１０００Ｗ、周波数約１３．５６ＭＨｚの電力の供給源であり、連続電力又はパルス電力のいずれかを発生可能である。ただし、特定の用途に合わせて望ましくその他の周波数及び電力を供給することもできる。その他の実施形態において、電源１２２はＤＣ又はパルスＤＣ電源である。

一部の実施形態においては、リンク（図示せず）を設置してＲＦ電源１０８とバイアス電源１２２とを連結することによって、電源同士の動作の同期を円滑に行なう。どちらかのＲＦ電源が主導側、すなわちマスターＲＦ発生器となり、もう一方の発生器が従属する又はスレーブとなる。リンクは更に、ＲＦ電源１０８及びバイアス電源１２２の完全な同期又は望ましいオフセット又は位相差での動作を促進することができる。位相制御は、ＲＦ電源のいずれか若しくは両方又はＲＦ電源間のリンク内に配置された回路によって行なうことができる。ソース／バイアスＲＦ発生器（例えば、１０８、１２２）間のこの位相制御は、ＲＦ電源１０８に連結された複数のＲＦコイルを流れるＲＦ電流についての位相制御とは独立して実行し及び制御することができる。ソース及びバイアスＲＦ発生器間の位相制御についての更なる詳細は、Ｓ．バンナ（Ｂａｎｎａ）らにより２００９年５月１３日に出願された共有の米国特許出願第１２／４６５３１９号「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＵＬＳＥＤ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＵＳＩＮＧ Ａ ＴＩＭＥ ＲＥＳＯＬＶＥＤ ＴＵＮＩＮＧ ＳＣＨＥＭＥ ＦＯＲ ＲＦ ＰＯＷＥＲ ＤＥＬＩＶＥＲＹ」に見ることができ、この文献は参照により全て本願に組み込まれる。

一部の実施形態において、誘電性蓋部１２０は実質的に平坦である。チャンバ１０４のその他の変形は、別のタイプの蓋部、例えばドーム型蓋部又はその他の形状の蓋部等を有し得る。誘導結合プラズマ装置１０２は典型的には蓋部１２０上に配置され、またＲＦ電力を処理チャンバ１０４に誘導結合するように構成される。誘導結合プラズマ装置１０２は、誘電性蓋部１２０上に配置された第１及び第２コイル１１０、１１２を含む。各コイルの相対位置、直径比及び／又は各コイルの巻きの回数は、各コイルのインダクタンスの制御を通して形成するプラズマの例えばプロファイル又は密度を制御するのに望ましいように各自調節可能である。第１及び第２コイル１１０、１１２の各コイルは、ＲＦ給電構造１０６を介した整合回路１１４を通してＲＦ電源１０８に連結される。ＲＦ電源１０８は、例えば、最高４０００Ｗを５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲の可変周波数で発生させることが可能だが、その他の周波数及び電力を特定の用途に応じて望ましく供給してもよい。

第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２を、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流の位相が、第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流の位相とは異相になるように構成可能である。本願において、用語「異相（ｏｕｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ）」は、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が、第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流とは反対方向に流れる又は第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流の位相が、第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流に対してシフトしていることを意味すると理解される。

例えば、慣用の装置においては、両方のＲＦコイルが典型的には同じ方向に巻回される。このため、ＲＦ電流は両方のコイルにおいて同じ方向（時計回り又は反時計周り）に流れる。同じ巻回方向であることが、２つのＲＦコイルを流れるＲＦ電流が常に同相であることを決定づける。本発明において、発明者は、外部手段によって又はコイルの一方を物理的に反対方向に巻回して元の位相を変えることによって、２つのコイル間でＲＦ電流を異相にすることについて研究した。コイル間の位相を制御することによって、発明者は、不均一なエッチング結果（Ｍ形状のエッチングパターン等）を軽減、解消し、更には処理（エッチング速度等）パターンを中心が高い処理パターンから縁部が高い処理パターンへと又は平坦で均一な処理パターンへと制御可能であることを発見した。コイル間に異相のＲＦ電流を供給し、また内方コイルと外方コイルとの間の電流比を制御することによって、発明者は、処理パターンの制御を円滑に行なって基板全体の均一性を改善する装置を提供した。

コイル間で異相のＲＦ電流を供給することによって、装置は、各コイルによって発生する電磁場間の相殺的干渉を逆転させて建設的干渉にし、またその結果、リアクタ内の典型的な建設的な電場プラズマ特性も同様に逆転する。例えば、本装置は、第１及び第２コイルに沿って流れる異相ＲＦ電流を供給することによって、第１及び第２コイルのそれぞれに近接した電場を増大させ、コイル間の電場を減少させるように構成される。一部の実施形態において、例えば各コイルのＲＦ電流が完全に異相である場合（例えば、逆電流流れ又は１８０°の位相差）、電場は、対立する電場間の相殺的干渉により、第１及び第２コイルのそれぞれの近くで最大となり（又は集中する）、コイル間では最小（又はヌル）となる。発明者は、このようなコイル構成を使用して形成されたプラズマが、有利には、改善された（例えば、より均一な）電場分布を有し、またプラズマの成分が電場のヌル領域に拡散してより均一なプラズマが得られることを発見した。

一部の実施形態において、各コイルを流れるＲＦ電流の方向は、コイルの巻回方向によって制御可能である。例えば、図２に示されるように、第１ＲＦコイル１１０は第１方向２０２に巻回可能であり、第２ＲＦコイル１１２は、第１方向２０２とは反対の第２方向２０４に巻回可能である。従って、ＲＦ電源１０８によって供給されるＲＦ信号の位相を変更しなくても、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２の相反する巻回方向２０２、２０４によって、ＲＦ電流は異相となり、例えば逆方向に流れる。

一部の実施形態において、電力分割器（分割コンデンサ等）はＲＦ給電構造１０６との間に配置され、ＲＦ電源１０８によって第１及び第２コイルのそれぞれに供給されるＲＦ電力の相対量を制御する。例えば、図１に示されるように、電力分割器１０５は、各コイルに供給されるＲＦ電力の量を制御するために、ＲＦ給電構造１０６をＲＦ電源１０８に連結しているライン上に配置される（これによって、第１及び第２コイルに対応するゾーンにおけるプラズマ特性の制御が円滑に行われる）。一部の実施形態において、電力分割器１０５は整合回路１１４に組み込まれる。一部の実施形態においては、電力分割器１０５の後、ＲＦ電流はＲＦ給電構造１０６に流れ、ここで第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に分配される。或いは、分割されたＲＦ電流を直接、第１及び第２ＲＦコイルのそれぞれに供給する。

電力比を、第１及び第２コイルのそれぞれを流れるＲＦ信号の位相と共に調節することによって、望ましくない処理の不均一性（基板表面のＭ形状のエッチングプロファイル等）を制御し得ることを発明者は発見した。例えば、図３Ａ〜Ｂは、慣用の装置及び本願で開示の本発明の装置のある実施形態を使用して得られたエッチング速度プロファイルのグラフの図である。これらのグラフは、発明者が実行した実際の試験及び観察のデータを表したものである。図３Ａは、慣用の装置における複数の第１／第２コイル間電力比についての（プロット３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ）、基板表面半径方向（軸３１２）に沿ったエッチング速度（軸３１０）のエッチング速度プロファイルグラフである。慣用の装置において、図３Ａに示されるように、電力比を調節することによって、エッチング速度プロファイルをある程度は制御可能だが、電力比の調節では全体の均一性が依然として不十分であり、特に縁部のプロファイルの保持性が不良であることを発見した（例えば、電力比を調節しても、エッチングプロファイルの縁部での効果には限界がある）。

対照的に、図３Ｂは、同じ複数の第１／第２コイル間電力比についての、第１及び第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が１８０°異相である本発明のある実施形態の装置での（プロット３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ）、基板表面半径方向（軸３１２）に沿ったエッチング速度（軸３１０）のエッチング速度プロファイルグラフである。特に、図３Ｂに示されるように、本発明の装置において同じ電力比の調節を行なうことによって、極めて高い均一性の制御が可能であることを発明者は発見した。加えて、縁部のプロファイルの微調整性の大幅な改善も可能である。図３Ｂのグラフから見て取れるように、本発明の装置では、電力比を微調整することによって実質的に均一なエッチング速度プロファイルを得ることができ（例えば、３０４Ｂ）、また慣用の装置より極めて高い、縁部のプロファイルの微調整性も得られる。例えば、ＲＦ電流が２つのＲＦコイルを異相で流れるように構成したチャンバにおいて電力比を制御することによって均一性プロファイルを制御して、中心が高く縁部が低いエッチング速度、実質的に一定のエッチング速度又は中心が低く縁部が高いエッチング速度を得ることが可能である。これらの結果はプラズマの均一性に起因することから、このような制御は、プラズマの均一性が処理又は結果を左右するその他の処理や結果（プラズマ処理、堆積、アニーリングその他等）にも利用可能である。

本願で開示の異相ＲＦコイル装置と組み合わせて利用し得る例示的なＲＦ給電構造１０６の実施形態を以下にて説明し、また図４Ａ〜Ｂで更に詳細に図示する。例示的なＲＦ給電構造に関する更なる詳細は、Ｚ．チェン（Ｃｈｅｎ）らにより２００９年１０月２６日に出願された米国特許出願第６１／２５４８３８号「ＲＦ ＦＥＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」に見ることができ、この文献は参照により全て本願に組み込まれる。例えば、図４Ａ〜Ｂは、本発明の一部の実施形態によるＲＦ給電構造１０６を示す。図４Ａに示されるように、ＲＦ給電構造１０６は、第１ＲＦ給電部４０２及びこの第１ＲＦ給電部４０２に対して同軸に配置された第２ＲＦ給電部４０４を含む。第１ＲＦ給電部４０２は第２ＲＦ給電部４０４から絶縁される。一部の実施形態において、また図示されるように、第２ＲＦ給電部４０４は第１ＲＦ給電部４０２の周囲に例えば中心軸４０１に沿って同軸に配置される。第１及び第２ＲＦ給電部４０２、４０４は、ＲＦ電力をＲＦコイルに結合するためのいずれの適切な導電材料から形成してもよい。例示的な導電材料には銅、アルミニウム、その合金その他が含まれる。第１及び第２ＲＦ給電部４０２、４０４は１種以上の絶縁材料（例えば、空気、テフロン（商標名）等のフルオロポリマー、ポリエチレンその他）によって絶縁される。

第１ＲＦ給電部４０２及び第２ＲＦ給電部４０４はそれぞれ第１又は第２ＲＦコイル１１０、１１２に別々に連結される。一部の実施形態において、第１ＲＦ給電部４０２は第１ＲＦコイル１１０に連結される。第１ＲＦ給電部４０２は、ＲＦ電力を結合するための導電性ワイヤ、ケーブル、バー、チューブ又はその他の適切な導電性要素の１種以上を含み得る。一部の実施形態において、第１ＲＦ給電部４０２の断面は実質的に円形である。第１ＲＦ給電部４０２は第１端部４０６及び第２端部４０７を含み得る。第２端部４０７は（図示のように）整合回路１１４又は（図１に示されるように）電力分割器に連結される。例えば、図４Ａに示されるように、整合回路１１４は、２つの出力４３２、４３４を有する電力分割器４３０を含む。第１ＲＦ給電部４０２の第２端部４０７は、整合回路１１４の２つの出力の一方（例えば、４３２）に連結される。

第１ＲＦ給電部４０２の第１端部４０６は、第１コイル１１０に連結することができる。第１ＲＦ給電部４０２の第１端部４０６は第１コイル１１０に直接連結しても、介在支持構造（図４Ａにおいてはベース４０８が示される）を介して連結してもよい。ベース４０８は円形又はその他の形状であり、第１コイルを連結するための対称的に配置された連結点を含む。例えば、図４Ａにおいては、２つの端子４２８がベース４０８の両側に配置された状態で図示されており、例えばネジ４２９を介して第１ＲＦコイルの２つの部位に連結している（ただし、連結はいずれの適切なやり方で行なってもよく、例えば固締具の使用、溶接等である）。

一部の実施形態において、また図５Ａ〜Ｂに関連して以下にて更に説明するように、第１ＲＦコイル１１０（及び／又は第２ＲＦコイル１１２）は、複数のインターライン型（ｉｎｔｅｒｌｉｎｅａｔｅｄ）の対称的に配置された積層コイル（例えば、２つ以上）を含む。例えば、第１ＲＦコイル１１０は、コイル状に巻回された複数の導体を含み、各導体が同じ円筒面を占める。各インターライン型積層コイルは更に、そこから内方向にコイルの中心軸に向かって延びる脚部４１０を有し得る。一部の実施形態において、各脚部はコイルから半径方向内側にコイルの中心軸に向かって延びる。各脚部４１０はベース４０８及び／又は第１ＲＦ給電部４０２を中心として互いに対称的に配置される（例えば、２つの脚部なら１８０°離間され、３つの脚部なら１２０°離間され、４つの脚部なら９０°離間されるその他）。一部の実施形態において、各脚部４１０は各ＲＦコイル導体の一部であり、内方向に延びて第１ＲＦ給電部４０２と電気的に接触する。一部の実施形態において、第１ＲＦコイル１１０は複数の導体を含み、各導体は、コイルから内方向に延びて、対称的に配置された連結点（例えば、端子４２８）のそれぞれでベース４０８に連結される脚部４１０を有する。

第２ＲＦ給電部４０４は、第１ＲＦ給電部４０２を中心として同軸に配置される導電性チューブ４０３であってもよい。第２ＲＦ給電部４０４は更に、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２に近接した第１端部４１２並びにこの第１端部４１２とは反対側の第２端部４１４を含み得る。一部の実施形態において、第２ＲＦコイル１１２は第２ＲＦ給電部４０４に第１端部４１２でフランジ４１６を介して連結される。或いは、第２ＲＦコイル１１２は直接、第２ＲＦ給電部４０４に連結される（図示せず）。フランジ４１６は円形又はその他の形状であり、第２ＲＦ給電部４０４の周囲に同軸に配置される。フランジ４１６は更に、第２ＲＦコイル１１２を連結するための、対称的に配置された連結点を含んでいてもよい。例えば、図４Ａにおいては、２つの端子４２６が第２ＲＦ給電部４０４の両側に配置された状態で示されており、第２ＲＦコイル１１２の２つの部位に、例えばネジ４２７を介して連結されている（ただし、連結はいずれの適切なやり方で行なってもよく、端子４２８に関して上述した通りである）。

第１コイル１１０と同様に、また図５Ａ〜Ｂに関連して以下でより詳細に説明するように、第２ＲＦコイル１１２は、複数のインターライン型の対称的に配置された積層コイルを含み得る。各積層コイルは、そこから延びる、対称的に配置された連結点の１つでもってフランジ４１６へと連結される脚部４１８を有し得る。従って、各脚部４１８はフランジ２１６及び／又は第２ＲＦ給電部４０４を中心として対称的に配置される。

第２ＲＦ給電部４０４の第２端部４１４は、（図示のように）整合回路１１４又は（図１に示されるように）電力分割器に連結することができる。例えば、図４Ａに示されるように、整合回路１１４は２つの出力４３２、４３４を有する電力分割器４３０を含む。第２ＲＦ給電部４０４の第２端部４１４は、整合回路１１４の２つの出力の一方（例えば、４３４）に連結することができる。第２ＲＦ給電部４０４の第２端部４１４は、整合回路１１４に導電性要素４２０（例えば、導電性ストラップ）を介して連結することができる。一部の実施形態において、第２ＲＦ給電部４０４の第１及び第２端部４１２、４１４は、導電性要素４２０によって生じ得る磁場の非対称性の影響を制限するに十分な長さ４２２をもって隔てられている。必要な長さは、処理チャンバ１０４で使用する予定のＲＦ電力に左右され、供給電力が大きければ大きいほど、より長さが必要となる。一部の実施形態において、長さ４２２は約２〜約８インチ（約５〜約２０ｃｍ）である。一部の実施形態において、長さは、第１及び第２ＲＦ給電部にＲＦ電流を流すことによって形成される磁場が、実質的に、第１及び第２ＲＦコイル１１０、１１２にＲＦ電流を流すことによって形成される電場の対称性に影響を及ぼさないようなものである。

一部の実施形態において、また図４Ｂに示されるように、導電性要素４２０はディスク４２４に置き換えられる。ディスク４２４を第２ＲＦ給電部４０４と同じ類の材料から作製してもよく、第２ＲＦ給電部４０４と同じ又は異なる材料であってもよい。ディスク４２４を、第２ＲＦ給電部４０４にその第２端部４１４に近接させて連結することができる。ディスク４２４を、（図示のように）第２ＲＦ給電部４０４と一体化させても、第２ＲＦ給電部４０４に適切な手段で連結してもよく、この適切な手段はディスク４２４と第２ＲＦ給電部４０４との間でロバストな電気的接続を確立し、第２ＲＦ給電部４０４を中心としたディスクのリップ又は延長部のボルト締め、溶接、プレスばめ等を含むが、これらに限定されない。ディスク４２４は、第２ＲＦ給電部４０４の周囲に同軸に配置することができる。ディスク４２４は、いずれ適切なやり方（導電性ストラップその他を介する等）で整合回路１１４又は電力分割器に連結することができる。ディスク４２４は、有利には、整合回路１１４（又は電力分割器）からのオフセット出力による磁場の非対称性を軽減する又は排除する静電シールドを構成する。従って、ディスク４２４をＲＦ電力の結合に利用する場合、第２ＲＦ給電部２０４の長さ４２２は、導電性要素４２０を直接、第２ＲＦ給電部４０４に連結する場合より短くなる。このような実施形態において、長さ４２２は約１〜約６インチ（約２〜約１５ｃｍ）である。

図５Ａ〜Ｂは、本発明の一部の実施形態による誘導結合プラズマ装置１０２の概略トップダウン図である。上述したように、第１及び第２コイル１１０、１１２が単一の連続コイルである必要はなく、それぞれがインターライン型の対称的に配置された複数の（例えば、２つ以上）積層コイル要素であってもよい。更に、第２ＲＦコイル１１２は、第１ＲＦコイル１１２に対して同軸に配置することができる。一部の実施形態において、第２ＲＦコイル１１２は、図５Ａ〜Ｂに示されるように、第１ＲＦコイル１１２を中心に同軸に配置される。

一部の実施形態において、また図５Ａに示されるように、第１コイル１１０は２つのインターライン型の対称的に配置された積層第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂを含み、第２コイル１１２は、４つのインターライン型の対称的に配置された積層第２コイル要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄを含む。第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂは更に、そこから内方向に延びて第１ＲＦ給電部４０２に連結される脚部５０４Ａ、５０４Ｂを含む。脚部５０４Ａ、５０４Ｂは実質的に上記の脚部４１０と同等である。脚部５０４Ａ、５０４Ｂは、第１ＲＦ給電部４０２を中心に対称的に配置される（例えば、対向する）。典型的には、ＲＦ電流は、第１ＲＦ給電部４０２から脚部５０２Ａ、５０２Ｂを通って第１コイル要素５０４Ａ、５０４Ｂに流れ込み、最終的には、第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂの端子端部にそれぞれ連結された接地ポスト５０６Ａ、５０６Ｂに流れ込む。対称性（例えば、第１及び第２コイル１１０、１１２における電場の対称性）を維持するために、接地ポスト５０６Ａ、５０６Ｂを、脚部５０２Ａ、５０２Ｂと実質的に同様の対称的な方向でもって第１ＲＦ給電構造４０２周囲に配置することができる。例えば、図５Ａに示されるように、接地ポスト５０６Ａ、５０６Ｂは脚部５０２Ａ、５０２Ｂと直列に配置される。

第１コイル要素と同様に、第２コイル要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄは更に、そこから延びて第２ＲＦ給電部２０４に連結される脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄを含むことができる。脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄは実質的に上述の脚部４１８と同等である。脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄは、第２ＲＦ給電部４０４を中心として対称的に配置される。典型的には、ＲＦ電流は、第２ＲＦ給電部４０４から脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄを通って第２コイル要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄにそれぞれ流れ込み、最終的には、第２コイル要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄの端子端部にそれぞれ連結された接地ポスト５１２Ａ、５１２Ｂ、５１２Ｃ、５１２Ｄに流れ込む。対称性（例えば、第１及び第２コイル１１０、１１２における電場の対称性）を維持するために、接地ポスト５１２Ａ、５１２Ｂ、５１２Ｃ、５１２Ｄを、脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄと実質的に同様の対称的な方向でもって第１ＲＦ給電構造４０２周囲に配置することができる。例えば、図５Ａに示されるように、接地ポスト５１２Ａ、５１２Ｂ、５１２Ｃ、５１２Ｄは脚部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ、５１０Ｄとそれぞれ直列に配置される。

一部の実施形態において、また図５Ａに示されるように、第１コイル１１０の脚部／接地ポストは、第２コイル１１２の脚部／接地ポストに対してある角度でもって方向付けされる。しかしながら、これは単なる例であって、どのような対称的な方向も考えられ、例えば、第１コイル１１０の脚部／接地ポストを、第２コイル１１２の脚部／接地ポストと直列に配置する。

一部の実施形態において、また図５Ｂに示されるように、第１コイル１１０は、４つのインターライン型の対称的に配置された積層第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄを含む。第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂと同様に、追加の第１コイル要素５０２Ｃ、５０２Ｄは更に、そこから延びて第１ＲＦ給電部４０２に連結される脚部５０４Ｃ、５０４Ｄを含むことができる。脚部５０４Ｃ、５０４Ｄは実質的に上述の脚部４１０と同等である。脚部５０４Ａ、５０４Ｂ、５０４Ｃ、５０４Ｄは、第１ＲＦ給電部４０２を中心として対称的に配置される。第１コイル要素５０２Ａ、５０２Ｂと同様に、第１コイル要素５０２Ｃ、５０２Ｄは、脚部５０４Ｃ、５０４Ｄと直列に配置された接地ポスト５０６Ｃ、５０６Ｄで終端する。対称性（例えば、第１及び第２コイル１１０、１１２における電場の対称性）を維持するために、接地ポスト５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、５０６Ｄを、脚部５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄと実質的に同様の対称的な方向でもって第１ＲＦ給電構造４０２周囲に配置することができる。例えば、図５Ｂに示されるように、接地ポスト５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、５０６Ｄは、脚部５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄとそれぞれ直列に配置される。第２コイル要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、５０８Ｄ及びその全ての部品（例えば、脚部／接地ポスト）は、図５Ａ及び上述のように図５Ｂにおいても同じである。

一部の実施形態において、また図５Ｂに示されるように、第１コイル１１０の脚部／接地ポストは、第２コイル１１２の脚部／接地ポストに対してある角度で方向付けされる。しかしながら、これは単なる例であって、どのような対称的な方向も考えられ、例えば、第１コイル１１０の脚部／接地ポストを、第２コイル１１２の脚部／接地ポストと直列に配置する。

上記では各コイルにおいて２つ又は４つの積層要素の例を使用したが、第１及び第２コイル１１０、１１２の一方又は両方に関して、コイル要素の数はいずれであってもよく、例えば３つ、６つであり、或いは第１及び第２ＲＦ給電部４０２、４０４を中心とした対称性を維持するいずれの適切な数及び配置である。例えば、コイルの３つのコイル要素は、隣接するコイル要素に対してそれぞれ１２０°回転させられる。

図５Ａ〜Ｂに図示の第１及び第２コイル１１０、１１２の実施形態は、上述したような第１コイルと第２コイルとの間の位相を変化させるためのいずれの実施形態でも利用可能である。例えば、各第１コイル要素５０２を各第２コイル要素５０８とは反対方向に巻回することが可能であり、これによって第１コイル要素を流れるＲＦ電流は第２コイル要素を流れるＲＦ電流とは異相となる。或いは、位相シフト装置を使用する場合、第１及び第２コイル要素５０２、５０８は、同一方向にも反対方向にも巻回可能である。

図１に戻るが、任意で、１つ以上の電極（図示せず）を、第１又は第２コイル１１０、１１２の一方（例えば、第１コイル１１０）に電気的に結合してもよい。１つ以上の電極は、第１コイル１１０と第２コイル１１２との間に、誘電性蓋部１２０に近接して配置された２つの電極であってもよい。各電極は、第１コイル１１０又は第２コイル１１２のいずれかに電気的に結合することができ、ＲＦ電力を１つ以上の電極に、ＲＦ電源１０８から、電極を連結した誘導コイル（例えば、第１コイル１１０、第２コイル１１２）を介して供給することができる。

一部の実施形態においては、１つ以上の電極を１つ以上の誘導コイルの１つに移動可能に連結することによって、１つ以上の電極の誘電性蓋部１２０及び／又は互いに対する相対的な位置決めを円滑に行なう。例えば、１つ以上の位置決め機構を１つ以上の電極に連結することによって、その位置を制御する。位置決め機構はいずれの適切な装置であってもよく、手動又は自動であり、１つ以上の電極の位置決めを望ましく円滑に行なうことが可能であり、例えば親ネジ、リニア軸受、ステッパモータ、ウェッジその他を含む装置である。１つ以上の電極を特定の誘導コイルに連結する電気コネクタは、このような相対運動を促進するために可撓性であってもよい。例えば、一部の実施形態において、電気コネクタは１つ以上の可撓性の機構を含み、例えば編組線又はその他の導体である。電極及びプラズマ処理装置におけるその利用についてのより詳細な説明は、２００８年７月３０日に出願された米国特許出願第１２／１８２３４２号「Ｆｉｅｌｄ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＦＥ−ＩＣＰ）Ｒｅａｃｔｏｒ」に見つけることができ、この文献は参照により全て本願に組み込まれる。

ヒータ要素１２１を誘電性蓋部１２０の上に配置することによって、処理チャンバ１０４の内部の加熱を促進してもよい。ヒータ要素１２１は、誘電性蓋部１２０と第１及び第２コイル１１０、１１２との間に配置することができる。一部の実施形態において、ヒータ要素１２１は抵抗加熱要素を含み、ＡＣ電源等の電源１２３に連結される。この電源は、十分なエネルギーを供給してヒータ要素１２１の温度を約５０〜約１００℃に制御するように構成される。一部の実施形態において、ヒータ要素１２１は開放型の切れ目のあるヒータである。一部の実施形態において、ヒータ要素１２１は環状要素等の切れ目のないヒータを含み、これによって処理チャンバ１０４内での均一なプラズマ形成が促進される。

運転中、基板１１４（プラズマ処理に適した半導体ウェハ又はその他の基板等）を台座部１１６上に載置し、処理ガスをガスパネル１３８からエントリポート１２６を通して供給し、処理チャンバ１０４内でガス混合物１５０を生成することができる。このガス混合物１５０を、プラズマ電源１０８から第１及び第２コイル１１０、１１２並びに、任意で１つ以上の電極（図示せず）に電力を印加することによって、処理チャンバ１０４内で点火してプラズマ１５５にすることができる。一部の実施形態においては、バイアス電源１２２からの電力も台座部１１６に供給される。チャンバ１０４内部の圧力は、スロットルバルブ１２７及び真空ポンプ１３６を使用して制御することができる。チャンバ壁部１３０の温度は、壁部１３０を通る液体用導管（図示せず）を使用して制御することができる。

ウェハ１１４の温度は、支持台座部１１６の温度を安定させることによって制御することができる。一実施形態においては、ガス供給源１４８からのヘリウムガスを、ガス導管１４９を介してウェハ１１４の背面と台座部表面に配置された溝（図示せず）との間に画成されたチャネルに供給する。ヘリウムガスは、台座部１１６とウェハ１１４との間の熱伝達を促進するために使用される。処理中、台座部１１６を、台座部内の抵抗ヒータ（図示せず）によって定常温度にまで加熱することができ、ヘリウムガスはウェハ１１４の均一な加熱を促進する。このような熱制御を利用することによって、ウェハ１１４は例えば０〜５００℃に維持される。

コントローラ１４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２及びＣＰＵ１４４用のサポート回路１４６を備えており、本願で説明したようなリアクタ１００の部品ひいてはプラズマ形成方法の制御を円滑にする。コントローラ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能ないずれの形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであってもよい。ＣＰＵ１４４のメモリ又はコンピュータ可読媒体１４２は１つ以上の容易に入手可能なメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク又はその他のいずれの形態のローカル若しくはリモートデジタルストレージであってもよい。サポート回路１４６はＣＰＵ１４４に連結され、慣用のやり方でプロセッサをサポートする。これらの回路はキャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。本発明の方法は、実行又は呼び出しによって上述のやり方でリアクタ１００の動作を制御するソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２に保存することができる。ソフトウェアルーチンを、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウェアとは離れて位置する第２ＣＰＵ（図示せず）で保存する及び／又は実行してもよい。

図６は、本発明の一部の実施形態によるプラズマの形成方法のフローチャートである。方法６００を、図１〜３に図示の本発明の実施形態に従って以下にて説明する。しかしながら、方法６００は本願に記載の発明のいずれの実施形態にも応用可能である。

方法６００は、ＲＦ信号を第１ＲＦコイル（第１ＲＦコイル１１０等。ただし方法６００の「第１ＲＦコイル」は上述のＲＦコイルのいずれであってもよい）を通して供給する６０２から開始される。ＲＦ信号は、特定の用途に望ましいいずれの適切な周波数で供給してもよい。例示的な周波数には、以下に限定するものではないが、周波数約１００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚが含まれる。ＲＦ信号はいずれの適切な電力で供給してもよく、例えば最高約５０００ワットである。

６０４で、ＲＦ信号を第１ＲＦコイルに対して同軸に配置された第２ＲＦコイル（例えば、第２ＲＦコイル１１２）を通して供給し、ＲＦ信号は第２コイルを、第１コイルを通るＲＦ信号の流れとは異相で流れる。上記の実施形態のいずれを利用して、第１及び第２コイルを流れるＲＦ電流の位相を制御してもよい。例えば、上述したように、第１コイルと第２コイルとの間に異相状態を作り出すために、第１及び第２コイルを反対方向に巻回することが可能である（例えば、図２に示されるような第１及び第２方向２０２、２０４）。或いは又はそれと組み合わせて、位相シフト装置（位相シフト装置３０２すなわちブロックコンデンサ３０２、３０４等）を利用することによって、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流と異相になるように第１及び／又は第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流の位相をシフトさせることができる。一部の実施形態において、位相シフト装置すなわちブロックコンデンサは、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流とは約１８０°異相となるように位相をシフトさせる。しかしながら、ＲＦ電流が約１８０°異相である必要はなく、一部の実施形態において、位相は約０〜約±１８０°異相である。

６０６で、第１及び第２ＲＦコイルによって供給されたＲＦ信号を処理チャンバ内の処理ガス（ガス混合物１５０等）に結合することによって、プラズマ（プラズマ１５５等）を形成することができる。処理ガスには、プラズマを形成するのに適したいずれの処理ガスも含まれる。一部の実施形態において、ＲＦ信号は、第１及び第２ＲＦコイルのそれぞれに同じ電力設定で供給される。一部の実施形態において、ＲＦ信号は、第１ＲＦコイルと第２ＲＦコイルとの約１：０〜約０：１の固定又は調節可能な電力比で供給される。プラズマは、第１及び第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流のＲＦ電流比及び／又は位相差に関して同じ又は異なる設定を使用して、望ましい時間に亘って維持することができる。

従って、プラズマ処理のための方法及び装置を本願において提供した。本発明の方法及びプラズマ処理装置は、有利には、多重コイルプラズマ装置における隣接するプラズマコイル間の相加的電場特性を軽減する。従って、本発明のプラズマ装置を利用して形成されたプラズマは改善された電場分布を有し、より滑らかなエッチング表面の形成に利用可能である。

上記は本発明の実施形態についてのものであるが、本発明のその他及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができる。

Claims (10)

1. 内部処理容積を有する処理チャンバと、
   処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第１ＲＦコイルと、
   処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第２ＲＦコイルであって、第２ＲＦコイルが第１ＲＦコイルに対して同軸に配置され、第１及び第２ＲＦコイルが、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流とは異相になるように構成される第２ＲＦコイルと、
   ＲＦ給電構造であって、
   第１ＲＦコイルに結合された第１ＲＦ給電部と、
   第２ＲＦコイルに結合され、第１ＲＦ給電部に対して同軸に配置された第２ＲＦ給電部を含むＲＦ給電構造を含み、
   第２ＲＦ給電部は、第１及び第２ＲＦコイルに近接した第１端部と第１端部とは反対の第２端部とを有する導電性チューブを含み、導電性チューブの第１及び第２端部が２〜２０ｃｍの長さで隔てられているため、第１及び第２ＲＦ給電部にＲＦ電流を流すことによって形成される磁場が、第１及び第２ＲＦコイルにＲＦ電流を流すことによって形成される電場の対称性に影響を及ぼさないプラズマ処理装置。
2. 第１ＲＦコイルが第１方向に巻回され、第２ＲＦコイルが第１方向とは反対の第２方向に巻回される請求項１記載の装置。
3. 第２ＲＦコイルが第１ＲＦコイルの周囲に同軸に配置される請求項１記載の装置。
4. 第１ＲＦコイル又は第２ＲＦコイルのいずれかに連結された、流れるＲＦ電流の位相をシフトさせるための位相シフト装置を含む請求項１記載の装置。
5. 位相シフト装置がＲＦ電流の位相をシフトさせることによって、第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が、第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流とは１８０°異相である請求項４記載の装置。
6. 内部処理容積を有する処理チャンバと、
   処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための、第１方向に巻回された第１ＲＦコイルと、
   処理チャンバに近接して配置された、ＲＦエネルギーを処理容積に結合するための第２ＲＦコイルであって、第２ＲＦコイルが第１ＲＦコイルに対して同軸に配置され且つ第１方向とは反対の第２方向に巻回されているため、ＲＦ電流が第１ＲＦコイルを第１方向に流れ、第２ＲＦコイルを第２方向に流れる第２ＲＦコイルと、
   ＲＦ給電構造であって、
   第１ＲＦコイルに結合された第１ＲＦ給電部と、
   第２ＲＦコイルに結合され、第１ＲＦ給電部に対して同軸に配置された第２ＲＦ給電部を含むＲＦ給電構造を含み、
   第２ＲＦ給電部は、第１及び第２ＲＦコイルに近接した第１端部と第１端部とは反対の第２端部とを有する導電性チューブを含み、導電性チューブの第１及び第２端部が２〜２０ｃｍの長さで隔てられているため、第１及び第２ＲＦ給電部にＲＦ電流を流すことによって形成される磁場が、第１及び第２ＲＦコイルにＲＦ電流を流すことによって形成される電場の対称性に影響を及ぼさないＲＦ給電構造を含むプラズマ処理装置。
   
7. 第１ＲＦコイルを流れるＲＦ電流が、第２ＲＦコイルを流れるＲＦ電流に対して１８０°異相である請求項６記載の装置。
8. 第２ＲＦコイルが第１ＲＦコイルの周囲に同軸に配置される請求項６記載の装置。
9. 第１ＲＦコイルが更に、複数の対称的に配置された第１コイル要素を含み、第２ＲＦコイルが更に、複数の対称的に配置された第２コイル要素を含む請求項８記載の装置。
10. 第１コイル要素の数が２であり、第２コイル要素の数が４である又は第１コイル要素の数が４であり、第２コイル要素の数が４である請求項９記載の装置。
    

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