JP7190566B2 - 誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバ - Google Patents

Description

この開示は、概して半導体製造の分野に関し、より詳しくは、誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバに関する。

無線周波数（ＲＦ）誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）より高い放電効率を有し、より低い圧力（１～１００ミリトル）において高密度プラズマを生成することが可能である。したがって、半導体分野におけるエッチングおよび堆積プロセスでは、ＩＣＰ装置が広く使用されている。ＩＣＰ装置においては、誘導コイル内に流れるＲＦ電流が空間内にＲＦ磁界を励起し、ファラデーの電磁誘導によってプラズマ内に角度電界を生成して電子を加熱し、高密度プラズマを生成し得る。

図１は、現在のＩＣＰ反応チャンバの断面図である。図１を参照すると、反応チャンバ１は、そのチャンバのトップに誘電体窓３と、その誘電体窓３の上方に配された平面コイル２とを含む。平面コイル２の２つの端は、電力入力端Ａおよび直列キャパシタ端子Ｂをそれぞれ含む。電力入力端Ａは、ＲＦ電源４と電気的に接続されている。直列キャパシタ端子Ｂは、キャパシタ５を通してグラウンド接続されている。キャパシタ５を設定することによって、電力入力端Ａと直列キャパシタ端子Ｂの電圧が等しくなるように設定され得る。したがって、平面コイル２の電流および電圧を対称に分布させることが可能である。したがって、角度的に一様なプラズマが獲得されて、同時にこれは、プラズマ点火にとって有益でもある。

しかしながら、電力入力端Ａおよび直列キャパシタ端子Ｂにおける平面コイル２の電位が比較的高く、電力入力端Ａおよび直列キャパシタ端子Ｂがよりプラズマに近い（誘電体窓３に対する垂直方向の間隔が小さい）ことから、電力入力端Ａおよび直列キャパシタ端子Ｂがグラウンドと強い容量結合を形成し、そのことが、誘電体窓３の下側表面における高電圧のシースの形成を結果としてもたらすおそれがある。この高電圧シースは、誘電体窓３の下側表面のスパッタリングを生じさせることがあり、それが、スパッタリング汚染を発生させてプロセス結果に影響をもたらす。

この開示には、既存のテクノロジの技術的な問題の１つを少なくとも解決することが意図されている。この開示は、誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバを提供する。その誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバは、ＲＦ磁界の結合強度が、誘電体窓上におけるスパッタリングを低減し、かつプロセス結果を向上させる要件を満たすことを保証することによって、誘導コイルの２つの端の容量結合を低減することが可能である。

この開示の目的を実現するために、反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含む誘導コイル・アッセンブリが提供される。前記誘導コイルの２つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含む。前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔が、前記誘導コイルの前記２つの端の間の部分と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔より大きい。

オプションにおいては、前記誘導コイルが、３次元スパイラル構造を有する、直列に接続された第１のコイル部分と第２のコイル部分とを含む。前記第１のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの端から、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第２のコイル部分のスパイラル半径は、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の前記直列接続点から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少する。前記第１のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の前記直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第２のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記直列接続点へ向かって漸進的に減少する。

オプションにおいては、前記第１のコイル部分および前記第２のコイル部分の長さが、両方ともに、４分の３回転か、または前記４分の３回転の整数倍である。

オプションにおいては、前記第１のコイル部分に近い前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記第２のコイル部分に近い前記誘導コイルの他方の端が前記グラウンド端である。

オプションにおいては、前記誘導コイルが、前記誘導コイルの端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって直列に接続された第１のコイル部分と、第２のコイル部分と、第３のコイル部分とを含む。前記第１のコイル部分と前記第３のコイル部分は、３次元スパイラル構造を有する。前記第２のコイル部分は、プランナー・スパイラル構造を有する。前記第１のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの前記端から前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の第１の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第２のコイル部分のスパイラル半径は、前記第１の直列接続点から前記第２のコイル部分と前記第３のコイル部分の第２の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第３のコイル部分のスパイラル半径は、前記第２の直列接続点から前記誘導コイルの前記他方の端へ向かって漸進的に減少する。

前記第１のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から前記第１の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第３のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記第２の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第２のコイル部分の位置と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、変わらない。

オプションにおいては、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分と前記第３のコイル部分の長さが、すべて１／２回転か、または前記１／２回転の整数倍である。

オプションにおいては、前記第１のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記端が前記電力入力端であり、前記第３のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記他方の端が前記グラウンド端である。

オプションにおいては、前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔が同じである。

オプションにおいては、前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓の下側表面の間における垂直方向の間隔が、１０から５０ｍｍまでの範囲である。

オプションにおいては、１つの誘導コイルが含まれるか、または２つの誘導コイルが含まれ、同軸に、互いに袖継ぎされ、かつ前記誘導コイルの軸周りに中心対称に配される。

オプションにおいては、前記誘導コイルの断面形状が、矩形、円、三角形、台形、または菱形等を含む。

別の技術的解決策として、この開示はさらに、誘電体窓と、この開示によって提供される前記誘導コイル・アッセンブリとを含む反応チャンバを提供する。前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含む。前記誘導コイルの２つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含む。前記電力入力端は、ＲＦ電源と電気的に接続される。前記グラウンド端は、グラウンドと電気的に接続される。

オプションにおいては、前記反応チャンバが、さらに、前記グラウンド端と前記グラウンドの間に接続されるキャパシタを含む。

オプションにおいては、前記キャパシタが、次式で示されるＣ１からＣ２までの範囲であり：
Ｃ１＝１／（ω^２Ｌ）；
Ｃ２＝４／（ω^２Ｌ）；
それにおいて、ωは角周波数を表し、Ｌは前記誘導コイルのインダクタンスを表す。

オプションにおいては、１つの誘導コイル・アッセンブリが含まれるか、または、複数の誘導コイル・アッセンブリが含まれ、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に分配される。前記複数の誘導コイル・アッセンブリの電力入力端は、それぞれ、同じＲＦ電源と電気的に接続される。複数のキャパシタが含められる。前記複数の誘導コイル・アッセンブリのグラウンド端は、一対一対応で前記複数のキャパシタと電気的に接続される。

オプションにおいては、１つの誘導コイル・アッセンブリが含められる。前記誘電体窓からより遠くにある前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある前記誘導コイルの端が前記グラウンド端である。前記反応チャンバは、さらに、１つの円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを含む。前記円錐形状の誘導コイル・アッセンブリと前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った２つの円周上に配置される。前記円錐形状の誘導コイルは、２つの円錐形状の誘導コイルを含む。２つの円錐形状の誘導コイルは、前記誘電体窓の上方に配され、そのすべてが３次元スパイラル構造を有し、かつ前記円錐形状の誘導コイルの軸上に中心が置かれる。各円錐形状の誘導コイルのスパイラル半径は、垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少する。前記誘電体窓からより遠くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記電力入力端である。前記誘電体窓のより近くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記グラウンド端である。

オプションにおいては、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径は、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径より小さい。

この開示は、以下に示す有益な効果を有する。

この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリは、より高い電位を伴う誘導コイルの２つの端（電力入力端およびグラウンド端）と誘電体窓との間の垂直方向の間隔を、その誘導コイルの２つの端の間の部分と誘電体窓との間の垂直方向の間隔より大きくすることによって、誘導コイル・アッセンブリの２つの端の容量結合を低減することが可能である。したがって、誘電体窓上のスパッタリングを低減することが可能であり、かつプロセス結果を向上させることが可能になる。一方、誘導コイルの２つの端の部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔が比較的小さいことから、ＲＦ磁界の結合強度を確保してプラズマの正常な点火を保証する要件を満たすことが可能である。

この開示によって提供される反応チャンバは、この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリを使用することによって誘導コイルの２つの端の容量結合を減じ、ＲＦ磁界の結合強度が、誘電体窓上のスパッタリングを低減する要件を満たすことを保証することによりプロセス結果を向上させることが可能である。

既存のＩＣＰ反応チャンバを略図的に図解した断面図である。 この開示の第１の実施態様に従った誘導コイルを略図的に図解した構造図である。 この開示の第１の実施態様に従った誘導コイルを図解した上面図である。 この開示の第２の実施態様に従った誘導コイルを略図的に図解した構造図である。 この開示の第３の実施態様に従った誘導コイル・アッセンブリを略図的に図解した構造図である。 この開示の第３の実施態様に従った誘導コイル・アッセンブリを図解した上面図である。 この開示の第４の実施態様に従った反応チャンバを図解した断面図である。 この開示の第４の実施態様に従った反応チャンバを図解した別の断面図である。 この開示の第５の実施態様に従った反応チャンバを図解した断面図である。

この分野における当業者に、この開示の技術的解決策のより良好な理解をもたらすために、この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバを、以下、添付図面との関連から詳細に説明する。

図２および図３を参照すると、この開示の第１の実施態様は、反応チャンバの誘電体窓の上方に配される誘導コイル１０を含む誘導コイル・アッセンブリを提供する。誘導コイル１０にＲＦ電力を印加することによって、反応チャンバ内のプロセス・ガスが励起されてプラズマを形成する。誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端である。電力入力端は、ＲＦ電源と電気的に接続されるべく構成され得る。グラウンド端は、グラウンド接続のために構成され得る。

実際的な応用においては、キャパシタが、通常、グラウンド端とグラウンドの間に直列に接続される。そのキャパシタを設定することによって、電力入力端とグラウンド端の電圧を等しくできる。したがって、誘導コイル内の電流および電圧を対称に分布させて、角度的に一様なプラズマを獲得することが可能である。同時にこれは、プラズマ点火にも有益である。しかしながら、電力入力端およびグラウンド端の電位が比較的高くなることがあり、それが、より高い容量結合を発生させることがある。

より高い容量結合の問題を解決するために、いくつかの実施態様においては、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）と誘電体窓の間の垂直方向の間隔が、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の間の（２つの端を除く）部分と誘電体窓の間の垂直方向の間隔より大きい。具体的に述べれば、図２に示されているとおり、誘電体窓の下側表面の高さをＨとする。誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔がＨ１である。この場合においては、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の間の部分と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔がＨ１より小さく、すなわち、垂直方向の間隔Ｈ１が最大の間隔である。

次に示す式によれば：

Ｃ_ｄ＝εｓ／ｄ

コイルと誘電体窓の下側表面の間の等価キャパシタンスＣ_ｄが、垂直方向の間隔ｄに逆比例すること、すなわち、垂直方向の間隔ｄが大きいほど等価キャパシタンスＣ_ｄがより小さくなること、および容量結合がより小さくなることが理解できる。その逆に、垂直方向の間隔ｄが小さいほど、等価キャパシタンスＣ_ｄがより大きくなり、かつ容量結合がより大きくなる。これに基づいて、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の電位は比較的高いが、これら２つの端は、誘導コイル１０のほかの部分と比較して誘電体窓からもっとも遠くなっている。すなわち、垂直方向の間隔が最大であり、そのことが誘導コイル１０の両方の端（１０１、１０２）における等価キャパシタンスＣ_ｄを最小にする。したがって、容量結合は、最小である。

したがって、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の間における容量結合を効果的に低減し、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させることが可能である。同時に、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の間の部分が、２つの端（１０１、１０２）と比較して誘電体窓のより近くにあることから。すなわち、垂直方向の間隔がより小さい。垂直方向の間隔が小さいほど、ＲＦ磁界の結合強度がより強くなり、そのことは、結合効率の向上に有益であり、かつプラズマの正常な点火を保証する。したがって、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）は、誘電体窓から比較的離れているが、これら２つの端（１０１、１０２）の間の部分により、ＲＦ磁界の結合強度は、それにもかかわらずプラズマの正常な点火を確保する要件を満たす。

オプションにおいては、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔の範囲が１０－５０ｍｍである。この範囲においては、容量結合をより良好に低減することができ、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を効果的に低減して、プロセス結果を向上させ得る。

次に、誘導コイル１０の具体的な構造を詳細に説明する。具体的に述べれば、いくつかの実施態様においては、誘導コイル１０が、第１の端１０１から第２の端１０２へ向かって順次直列に接続された第１のコイル部分１０ａ、第２のコイル部分１０ｂ、および第３のコイル部分１０ｃを含む。第１のコイル部分１０ａおよび第３のコイル部分１０ｃは、両方ともに３次元スパイラル構造を有する。３次元スパイラル構造とは、３次元空間内において巻かれたコイルがスパイラル構造を形成することを言う。たとえば、円柱状スパイラル構造または円錐状スパイラル構造。第２のコイル部分１０ｂは、２次元スパイラル構造を有する。すなわち、コイルは、２次元平面内において巻かれ、スパイラル構造を形成する。

それに加えて、第１のコイル部分１０ａ、第２のコイル部分１０ｂ、および第３のコイル部分１０ｃのスパイラル半径が、誘導コイル１０の第１の端１０１から誘導コイルの第２の端１０２へ向かって漸進的に減少する。このスパイラル半径とは、コイルの巻きによって形成されるスパイラル構造の半径を言ってもよい。たとえば、図３に示されている半径Ｒは、誘導コイル１０の任意の位置のスパイラル半径である。

注意されるものとするが、誘導コイル１０の第１の端１０１のスパイラル半径を最大にすることが可能であり、誘導コイル１０の第２の端１０２のスパイラル半径を最小にすることが可能である。同一のコイル部分のスパイラル半径は、第１の端１０１に近い端から他方の端に向かって漸進的に減少し得る。

注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル１０の第１の端１０１のスパイラル半径を最大にしてもよく、誘導コイル１０の第２の端１０２のスパイラル半径を最小にしてもよい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、誘導コイル１０の第１の端１０１のスパイラル半径を最小にすることができ、誘導コイル１０の第２の端１０２のスパイラル半径を最大にすることが可能である。第１のコイル部分１０ａ、第２のコイル部分１０ｂ、および第３の部分１０ｃのスパイラル半径は、誘導コイル１０の第１の端１０１から第２の端１０２へ向かって漸進的に増加され得る。

図２に示されているとおり、第１のコイル部分１０ａと第２のコイル部分１０ｂの間の直列接続点が第１の直列接続点Ｄ１である。第３のコイル部分１０ｃと第２のコイル部分１０ｂの間の直列接続点は、第２の直列接続点Ｄ２である得る。これらの直列接続点が、２つの隣接するコイル部分の分割に使用される単なる仮想分割点に過ぎないと理解することは容易である。実際の構造においては、それにもかかわらず、誘導コイル１０が連続したコイルであってもよい。

第１のコイル部分１０ａについては、第１のコイル部分１０ａの一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル１０の第１の端１０１であり得る。第１のコイル部分１０ａの他端は、誘電体窓に対して最小の垂直方向の間隔を有する第１の直列接続点Ｄ１である。第１のコイル部分１０ａの残りの部分の垂直方向の間隔は、第１の端１０１から第１の直列接続点Ｄ１へ向かって漸進的に減少し得る。

第３のコイル部分１０ｃについては、第３のコイル部分１０ｃの一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル１０の第２の端１０２であり得る。第３のコイル部分１０ｃの他端は、それと誘電体窓の間において最小の垂直方向の間隔を有する第２の直列接続点Ｄ２であり得る。第３のコイル部分１０ｃの残りの部分の垂直方向の間隔は、第１の端１０１から第１の直列接続点Ｄ２へ向かって漸進的に減少し得る。

第２のコイル部分１０ｂについては、第２のコイル部分１０ｂの２つの端は、それぞれ、第１の直列接続点Ｄ１および第２の直列接続点Ｄ２であり得る。それに加えて、第２のコイル部分１０ｂが２次元スパイラル構造を有することから、第２のコイル部分１０ｂの多様な位置と誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、等しくあり得る。すなわち、第１の直列接続点Ｄ１および第２の直列接続点Ｄ２と誘電体窓の間における垂直方向の間隔も等くあり得る。

第２のコイル部分１０ｂのすべての部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、最小であるとすることができ、そのことは、ＲＦ磁界の結合強度が要件を満たすことを確保し、かつプラズマが正常に点火可能であることを保証できる。同時に、第１のコイル部分１０ａおよび第３のコイル部分１０ｃと誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、第１の直列接続点Ｄ１および第２の直列接続点Ｄ２から２つの端（１０１、１０２）へ向かって漸進的に増加し得る。したがって、誘導コイル１０の２つの端（１０１、１０２）の容量結合を効果的に低減することができ、そのことが、誘電体窓上のプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させ得る。

誘導コイルの長さ値は、コイルのインダクタンス値に影響を与え得る。すなわち、誘導コイルの長さが長いほど、インダクタンス値がより大きくなり、したがって、コイル上の電圧がより大きくなる。その逆に、誘導コイルの長さが短いほど、インダクタンス値がより小さくなり、したがって、コイル上の電圧がより小さくなる。誘導コイルの長さは、長くし過ぎるべきでなく、そのようにすればコイル上の電圧が大きくなるおそれがあることは理解される。しかしながら、誘導コイルの長さは、短くし過ぎるべきものでもなく、そのようにすればインダクタンス値が小さ過ぎてマッチング・ネットワークの整合範囲に到達不可能になるおそれがある。これに基づいて、いくつかの実施態様においては、第１のコイル部分１０ａ、第２のコイル部分１０ｂ、および第３のコイル部分１０ｃの長さが、好ましくは、すべて１／２回転になる。３つのコイル部分が直列に接続されて、誘導コイル１０の１．５回転の合計長が形成される。その長さの誘導コイル１０のインダクタンス値は適度であり得て、誘導コイルのインダクタンス値がマッチング・ネットワークの整合範囲内にあることを保証することによって、コイル上の電圧を低減することができる。当然のことながら、実際的な応用においては、第１のコイル部分１０ａ、第２のコイル部分１０ｂ、および第３のコイル部分１０ｃのそれぞれの長さは、具体的なニーズに従って設定してもよい。たとえば、各コイル部分の長さを、１／２回転の整数倍としてもよい。たとえば、３回転または４．５回転。

オプションにおいては、第１のコイル部分１０ａに近い誘導コイル１０の第１の端１０１は電力入力端であり得る。第３のコイル部分１０ｃに近い誘導コイル１０の第２の端１０２は、グラウンド端であり得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第１の端１０１をグラウンド端とし、第２の端１０２を電力入力端としてもよい。

オプションにおいては、誘導コイル１０の断面形状が、矩形、円、三角形、台形、菱形等を含み得る。

図４を参照するが、この開示の第２の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。上に述べられている第１の実施態様と比較すると、この誘導コイル・アッセンブリは、誘導コイル１０’を含む。第２の実施態様において提供される誘導コイル１０’と上に述べられている第１の実施態様の誘導コイル１０の間における相違を、次に詳細に説明する。

具体的に述べれば、誘導コイル１０’は、第１の端１０１’から第２の端１０２’へ向かって直列に接続された第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル１０ｂ’を含む。両方のコイルは、ともに、３次元構造を有する。第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’のスパイラル半径は、誘導コイル１０’の第１の端１０１’から第２の端１０２’へ向かって漸進的に減少され得る。

注意されるものとするが、誘導コイル１０’の第１の端１０１’のスパイラル半径を最大にしてもよく、誘導コイル１０’の第２の端１０２’のスパイラル半径を最小にしてもよい。同一のコイル部分のスパイラル半径は、第１の端１０１’に近い端から他方の端に向かって漸進的に減少され得る。

これについても注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル１０’の第１の端１０１’のスパイラル半径が最大になり、誘導コイル１０’の第２の端１０２’のスパイラル半径が最小になる。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、誘導コイル１０’の第１の端１０１’のスパイラル半径を最小にしてもよく、誘導コイル１０’の第２の端１０２’のスパイラル半径を最大にしてもよい。第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’のスパイラル半径は、誘導コイル１０の第１の端１０１’から第２の端１０２’へ向かって漸進的に増加され得る。

図４に示されているとおり、第１のコイル部分１０ａ’と第２のコイル部分１０ｂ’の直列接続点が接続点Ｃである。第１のコイル部分１０ａ’については、第１のコイル部分１０ａ’の一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル１０’の第１の端１０１’である。第１のコイル部分１０ａの他端は、誘電体窓に対して最小の垂直方向の間隔を有する第１の直列接続点Ｃであり得る。第１のコイル部分１０ａ’の残りの部分の垂直方向の間隔は、第１の端１０１’から第１の直列接続点Ｃへ向かって漸進的に減少され得る。

第２のコイル部分１０ｂ’については、一端を、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル１０’の第２の端１０２’としてもよい。第２のコイル部分１０ｂ’の他端は、誘電体窓に対して垂直方向の間隔を有する直列接続点Ｃとしてもよい。第２のコイル部分１０ｂ’の残りの部分の垂直方向の間隔は、第２の端１０２’から直列接続点Ｃへ向かって漸進的に減少され得る。

上記から、第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’は、誘電体窓の間の垂直方向の間隔を、直列接続点Ｃから２つの端（１０１’、１０２’）へ向かって漸進的に増加させることが可能であると理解できる。したがって、誘導コイル１０’の２つの端（１０１’、１０２’）の容量結合が効果的に低減されて、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させ得る。同時に、それぞれ第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’の直列接続点Ｃに近い部分を、より誘電体窓に近づけてもよく、そのことが、ＲＦ磁界の結合強度も保証し、結合効率を向上させ、かつプラズマの正常な点火を保証し得る。

いくつかの実施態様においては、第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’の長さが、両方ともに４分の３回転である。また、これらの２つのコイル部分は、直列に接続されて、合計長が１．５回転の誘導コイル１０’を形成し得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第１のコイル部分１０ａ’および第２のコイル部分１０ｂ’のそれぞれの長さは、たとえば４分の３回転の整数倍等、具体的なニーズに従って決定されてよい。

オプションにおいては、第１のコイル部分１０ａ’に近い誘導コイル１０の第１の端１０１’は電力入力端であり得る。第２のコイル部分１０ｂ’に近い誘導コイル１０’の第２の端１０２’は、グラウンド端であり得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第１の端１０１’をグラウンド端とし、第２の端１０２’を電力入力端としてもよい。

図５および図６を参照するが、この開示の第３の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。上に述べられている第１および第２の実施態様と比較すると、唯一の相違は、この第３の実施態様が２つの誘導コイルを含むことである。

具体的に述べれば、２つの誘導コイル（１０、２０）を同軸に配して、互いに袖継ぎすることが可能である。２つの誘導コイル（１０、２０）は、誘導コイルの軸周りに中心対称であり得る。すなわち、これらの誘導コイルのうちの１つを、誘導コイルの軸周りに１８０°回転させると、他方の誘導コイルに一致させることが可能である。

これら２つの誘導コイル（１０、２０）によって生成される磁界が、単一の誘導コイルによって生成される磁界と比較すると、チャンバの半径方向においてより一様に分布され得ることから。したがって、プラズマの角度分布をより一様にでき、そのことが、プロセスの一様性を向上させ得る。

実際的な応用においては、２つの誘導コイル（１０、２０）を並列に接続することが可能である。

実際的な応用においては、３つを超える数の誘導コイルを含めてもよい。

要約すると、この開示の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。誘導コイルの２つの端の間における容量結合は、より高い電位を伴う誘導コイルの２つの端（電力入力端およびグラウンド端）の間の垂直方向の間隔を、その誘導コイルの２つの端の間の部分と誘電体窓の間の垂直方向の間隔より大きくすることによって低減することが可能である。したがって、誘導コイルの２つの端における容量結合が低減され、誘電体窓上のスパッタリングが低減され、かつプロセス結果が向上され得る。一方、誘導コイルの２つの端の間の部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔が小さいことから、ＲＦ磁界の結合強度が確保され得る。

別の技術的解決策として、図７を参照すると、この開示の第４の実施態様は、チャンバのトップに配された誘電体窓３１、および上に述べられているこの開示の実施態様によって提供される誘導コイル・アッセンブリを含む反応チャンバ３０も提供する。

誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１の上方に配された誘導コイル３２を含む。誘導コイル３２は、上に述べられている第３の実施態様の中に説明されている誘導コイル構造を使用してもよい。すなわち、２つの誘導コイル３２を含め、並列に接続することができる。各誘導コイル３２の２つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端であり得る。電力入力端は、ＲＦ電源３５と電気的に接続される。グラウンド端は、グラウンドと電気的に接続される。

いくつかの実施態様においては、各誘導コイル３２の、チャンバのエッジに近い端をグラウンド端としてもよい。各誘導コイル３２の、チャンバの中心に近い端は、電力入力端としてもよい。しかしながら、実際的な応用においては、各誘導コイル３２の、チャンバのエッジに近い端は電力入力端であり得る。各誘導コイル３２の、チャンバの中心に近い端は、グラウンド端であり得る。

いくつかの実施態様においては、反応チャンバがキャパシタ３４も含む。キャパシタ３４は、グラウンド端とグラウンドの間に接続される。キャパシタ３４を設定することによって、電力入力端とグラウンド端の電圧を等しくしてもよい。したがって、誘導コイル３２の電流および電圧を対称に分布させて、角度的に一様なプラズマを獲得することができる。一方これは、プラズマ点火に有益である。

オプションにおいては、キャパシタ３４の値の範囲はＣ１－Ｃ２であり得る。
Ｃ１＝１／（ω^２Ｌ）
Ｃ２＝４／（ω^２Ｌ）
これにおいて、ωは角周波数を表し、Ｌは誘導コイル３２のインダクタンスを表す。

キャパシタ３４の値は、上に述べられている値の範囲内において調整され得る。ＲＦ電圧および電流の分布は、角度的に一様なプラズマを獲得するべく誘導コイル３２内において調整され得る。一方これは、プラズマ点火にとって有益である。

注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル・アッセンブリが１つのアッセンブリを含み得る。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用において、誘導コイルは、複数のアッセンブリを含み得る。それに加えて、複数の誘導コイル・アッセンブリは、それぞれ、誘電体窓３１の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に配置され得る。それに加えて、複数の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルの電力入力端は、すべて、同一のＲＦ電源３５と電気的に接続され得る。複数のキャパシタ３４が含められる。複数の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルのグラウンド端は、複数のキャパシタ３４と一対一対応で電気的に接続され得る。

複数の誘導コイル・アッセンブリを配することによって、反応チャンバ３０の半径方向におけるプラズマ分布の一様性を向上させ得る。

たとえば、図８に示されているとおり、２つの誘導コイル・アッセンブリが含められる。第１の誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された２つの誘導コイル３２を含む。これらの２つの誘導コイル３２は、上に述べられている第３の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。同様に、第２の誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された２つの誘導コイル２３を含む。これらの２つの誘導コイル２３は、上に述べられている第３の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。

第１の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１のエッジ・エリアに対応する円周上に分配される。第２の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１の中心エリアに対応する円周上に分配される。それに加えて、第１の誘導コイル・アッセンブリの２つの誘導コイル３２および第２の誘導コイル・アッセンブリの２つの誘導コイル３３が、互いに並列に接続される。各誘導コイルの電力入力端が、ＲＦ電源３５と電気的に接続される。

いくつかの実施態様においては、第１の誘導コイル・アッセンブリの２つの誘導コイル３２が、キャパシタ３４を通してグラウンド接続され、第２の誘導コイル・アッセンブリの２つの誘導コイル３３が、キャパシタ３４が配されることなく直接グラウンド接続される。当然のことながら、実際的な応用においては、誘導コイル３３のグラウンド端にキャパシタ３４を配することもでき、またはそれに代えて第１および第２の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルを直接グラウンド接続することもできる。

それに加えて、実際的な応用においては、２つの誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルの構造およびサイズを同じにすること、または異なるものとしてもよい。

図９を参照すると、この開示の第５の実施態様は、反応チャンバ３０を提供する。図８に示されている反応チャンバと比較すると、相違は、１つの誘導コイル・アッセンブリが含められることであり、誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された２つの誘導コイル３２を含む。これらの２つの誘導コイル３２は、上に述べられている第３の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。

それに加えて、反応チャンバ３０は、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリも含んでいる。円錐形状の誘導コイル・アッセンブリおよび誘導コイル・アッセンブリは、それぞれ、誘電体窓３１の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った２つの円周上に配置される。それに加えて、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径は、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より小さい。具体的に述べれば、誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１のエッジ・エリアに対応する円周上に分配される。円錐形状の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１の中心エリアに対応する円周上に分配される。

いくつかの実施態様においては、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが、互いに並列に接続された２つの円錐形状の誘導コイル４０を含む。すなわち、この開示の実施態様の２つの円錐形状の誘導コイル４０が、図８に示されている第２の誘導コイル・アッセンブリの２つの誘導コイル３３に置き換わる。

具体的に述べれば、２つの円錐形状の誘導コイル４０は、すべて３次元スパイラル構造を有し得る。スパイラル半径が垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少し、概略で『円錐』形状を形成する。これらの２つの円錐形状の誘導コイル４０は、円錐形状の誘導コイルの軸周りに中心対称であってもよい。すなわち、これらの円錐形状の誘導コイルのうちの１つは、それの軸周りに１８０°回転させると、他方の円錐形状の誘導コイルに一致させ得る。すなわち、これらの２つの円錐形状の誘導コイル４０のスパイラル方向は、反対向きである。

各円錐形状の誘導コイル４０の、誘電体窓３１からより遠くにある端は、電力入力端である。電力入力端は、ＲＦ電源３５と電気的に接続される。各円錐形状の誘導コイル４０の、誘電体窓３１のより近くにある端は、グラウンド端である。グラウンド端は、直接グラウンド接続される。それに加えて、誘導コイル・アッセンブリにおいては、チャンバのエッジに近い各誘導コイル３２の端がグラウンド端であり、チャンバの中心に近い各誘導コイル３２の端が電力入力端である。

上で述べたとおり、円錐形状の誘導コイル４０の、より小さいスパイラル半径を伴う部分が誘電体窓からより遠くにある。より大きなスパイラル半径を伴う部分は、より誘電体窓の近くにある。したがって、誘電体窓に近い円錐形状の誘導コイル４０の端の容量結合が低減され、誘電体窓上のスパッタリングを低減してプロセス結果を向上させることができる。一方、２つの誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルは、『外から内と内から外』の態様を使用してＲＦ接続を実現できる。すなわち、チャンバのエッジに近い各誘導コイルの端がグラウンド端であり、チャンバの中心に近い各誘導コイルの端が電力入力端である。したがって、これは、プラズマの角度的な一様性を向上させてプロセスの一様性を向上させる上で有益である。

注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径が、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より小さい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、円錐形状のコイル群が配置される円周の半径を、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より大きくできる。すなわち、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを、誘電体窓３１のエッジ・エリアに対応する円周上に分配できる。誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓３１の中心エリアに対応する円周上に分配できる。

これもまた注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、より誘電体窓３１の近くにある各円錐形状の誘導コイル４０の端を直接グラウンド接続してもよい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、より誘電体窓３１の近くにある各円錐形状の誘導コイル４０の端を、キャパシタを通してグラウンド接続してもよい。

この開示の実施態様は、反応チャンバを提供する。上に述べられているこの開示の実施態様によって提供される誘導コイル・アッセンブリを使用することにより、ＲＦ磁界の結合強度が要件を満たすことを確保することによって、誘導コイルの２つの端の容量結合が低減され得る。したがって、誘電体窓上のスパッタリングが低減され、かつプロセス結果が向上され得る。

上記の実施態様が単に、この開示の原理の例証に使用された例示的な実施態様に過ぎないことは理解可能である。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。この分野における当業者は、この開示の精神および本質からの逸脱を伴うことなしに多様な修正や改良を行い得る。それらの修正および改良は、この開示の範囲内である。

１ 反応チャンバ
２ 平面コイル
３ 誘電体窓
４ ＲＦ電源
５ キャパシタ
１０ 誘導コイル
１０’ 誘導コイル
１０ａ 第１のコイル部分
１０ａ’ 第１のコイル部分
１０ｂ 第２のコイル部分
１０ｂ’ 第２のコイル部分
１０ｃ 第３のコイル部分
２０ 誘導コイル
２３ 誘導コイル
３０ 反応チャンバ
３１ 誘電体窓
３２ 誘導コイル
３３ 誘導コイル
３４ キャパシタ
３５ ＲＦ電源
４０ 円錐形状の誘導コイル
１０１ 第１の端
１０１’ 第１の端
１０２ 第２の端
１０２’ 第２の端
Ａ 電力入力端
Ｂ 直列キャパシタ端子
Ｃ 直列接続点
Ｄ１ 第１の直列接続点
Ｄ２ 第２の直列接続点

Claims (16)

1. 誘導コイル・アッセンブリであって：
   反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを包含し、前記誘導コイルの２つの端が、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含み、それにおいて：
   前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔が、前記誘導コイルの前記２つの端の間の部分と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔より大きく、
   前記誘導コイルは、それぞれがスパイラル構造を有する複数のコイル部分を含み；かつ、前記複数のコイル部分のスパイラル半径は、各々、前記誘導コイルの一方の端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少するスパイラル構造を有し、
   前記誘導コイルは、３次元スパイラル構造を有する、直列に接続された第１のコイル部分と第２のコイル部分とを含み、
   前記第１のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの端から、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の直列接続点へ向かって漸進的に減少し、
   前記第２のコイル部分のスパイラル半径は、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の前記直列接続点から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少し、
   前記第１のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から、前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の前記直列接続点へ向かって漸進的に減少し、
   前記第２のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記直列接続点へ向かって漸進的に減少し、
   前記誘導コイルの２つの前記端と前記誘電体窓の間の垂直方向の間隔が最大の間隔である、
   誘導コイル・アッセンブリ。
2. 前記第１のコイル部分および前記第２のコイル部分の長さは、両方ともに、４分の３回転か、または前記４分の３回転の整数倍である、請求項１に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
3. 前記第１のコイル部分に近い前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記第２のコイル部分に近い前記誘導コイルの他方の端が前記グラウンド端である、請求項１に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
4. 誘導コイル・アッセンブリであって：
   反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを包含し、前記誘導コイルの２つの端が、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含み、それにおいて：
   前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔が、前記誘導コイルの前記２つの端の間の部分と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔より大きく、
   前記誘導コイルは、それぞれがスパイラル構造を有する複数のコイル部分を含み；かつ、前記複数のコイル部分のスパイラル半径は、各々、前記誘導コイルの一方の端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少するスパイラル構造を有し、
   前記誘導コイルは、前記誘導コイルの端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって直列に接続された第１のコイル部分と、第２のコイル部分と、第３のコイル部分とを含み；
   前記第１のコイル部分と前記第３のコイル部分は、３次元スパイラル構造を有し；
   前記第２のコイル部分は、プランナー・スパイラル構造を有し；
   前記第１のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの前記端から前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分の第１の直列接続点へ向かって漸進的に減少し；
   前記第２のコイル部分のスパイラル半径は、前記第１の直列接続点から前記第２のコイル部分と前記第３のコイル部分の第２の直列接続点へ向かって漸進的に減少し；
   前記第３のコイル部分のスパイラル半径は、前記第２の直列接続点から前記誘導コイルの前記他方の端へ向かって漸進的に減少し；
   前記第１のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から前記第１の直列接続点へ向かって漸進的に減少し；
   前記第３のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記第２の直列接続点へ向かって漸進的に減少し；
   前記第２のコイル部分の位置と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、変わらず、
   前記誘導コイルの２つの前記端と前記誘電体窓の間の垂直方向の間隔が最大の間隔である、
   誘導コイル・アッセンブリ。
5. 前記第１のコイル部分と前記第２のコイル部分と前記第３のコイル部分の長さは、すべて１／２回転か、または前記１／２回転の整数倍である、請求項４に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
6. 前記第１のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記端が前記電力入力端であり、前記第３のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記他方の端が前記グラウンド端である、請求項４に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
7. 前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、同じである、請求項１に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
8. 前記誘導コイルの前記２つの端と前記誘電体窓の下側表面の間における垂直方向の間隔は、１０から５０ｍｍまでの範囲である、請求項１に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
9. 前記コイル・アッセンブリは、１つの誘導コイルを含むか、または、
   前記コイル・アッセンブリは、同軸に、互いに袖継ぎされ、かつ前記誘導コイルの軸周りに中心対称に配された２つの誘導コイルを含む、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
10. 前記誘導コイルの断面形状は、矩形、円、三角形、台形、または菱形を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
11. 反応チャンバであって：
    誘電体窓と；
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリであって：
    前記誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含み、それにおいて前記誘導コイルの２つの端が、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含み、前記電力入力端がＲＦ電源と電気的に接続され、かつ前記グラウンド端がグラウンドと電気的に接続された誘導コイル・アッセンブリと、
    を包含する反応チャンバ。
12. さらに、前記グラウンド端と前記グラウンドの間に接続されるキャパシタを包含する、請求項１１に記載の反応チャンバ。
13. 前記キャパシタは、次式で示されるＣ１からＣ２までの範囲であり：
    Ｃ１＝１／（ω²Ｌ）；
    Ｃ２＝４／（ω²Ｌ）
    それにおいて、ωは角周波数を表し、Ｌは前記誘導コイルのインダクタンスを表す、
    請求項１２に記載の反応チャンバ。
14. 前記反応チャンバは、１つの誘導コイル・アッセンブリを含むか、または、
    前記反応チャンバは、複数の誘導コイル・アッセンブリを含み、前記複数の誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に分配され；
    前記複数の誘導コイル・アッセンブリの電力入力端は、それぞれ、同じＲＦ電源と電気的に接続され；
    前記反応チャンバは、複数のキャパシタを含み、前記複数の誘導コイル・アッセンブリのグラウンド端は、一対一対応で前記複数のキャパシタと電気的に接続される、
    請求項１２に記載の反応チャンバ。
15. １つの誘導コイル・アッセンブリが含められ、前記誘電体窓からより遠くにある前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある前記誘導コイルの端が前記グラウンド端であり、
    前記反応チャンバは、さらに、１つの円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを包含し、前記円錐形状の誘導コイル・アッセンブリと前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った２つの円周上に配置され、かつ：
    前記誘電体窓の上方に配された２つの円錐形状の誘導コイルであって、すべてが３次元スパイラル構造を有し、かつ前記円錐形状の誘導コイルの軸上に中心が置かれた円錐形状の誘導コイルを含み、それにおいて各円錐形状の誘導コイルのスパイラル半径は、垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少し、前記誘電体窓からより遠くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記グラウンド端である、
    請求項１１に記載の反応チャンバ。
16. 前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径は、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径より小さい、請求項１５に記載の反応チャンバ。

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