JPH09106979A - 容量結合低減のためのフローティングコイルアンテナを有する誘導結合ｒｆプラズマリアクタ - Google Patents

容量結合低減のためのフローティングコイルアンテナを有する誘導結合ｒｆプラズマリアクタ

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JPH09106979A JP8146211A JP14621196A JPH09106979A JP H09106979 A JPH09106979 A JP H09106979A JP 8146211 A JP8146211 A JP 8146211A JP 14621196 A JP14621196 A JP 14621196A JP H09106979 A JPH09106979 A JP H09106979A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイルアンテナからプラズマへの漂遊する容
量結合を低減する。 【解決手段】 ＲＦインピーダンス整合回路網を介して
ＲＦ電源に接続されている誘導コイルアンテナを有する
誘導結合ＲＦプラズマリアクタにおいて、絶縁トランス
によりコイルアンテナをＲＦ電源から絶縁することによ
って、アンテナからプラズマへの容量結合が低減され、
コイルアンテナは浮動する電位（フローティングポテン
シャル）を有することになる。ＲＦインピーダンス整合
回路網の出力は、絶縁トランスの１次巻線に接続ないし
連絡され、フローティングコイルアンテナが絶縁トラン
スの２次巻線に接続ないし連絡される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合の高周波
（ＲＦ）プラズマリアクタにおいて、コイルアンテナか
ら半導体ウエハへの容量結合を低減するための改良に関
する。
【０００２】
【従来の技術】誘導結合ＲＦプラズマリアクタは、典型
的には、リアクタチャンバを有しており、チャンバの内
部には半導体ウエハを支持するためのウエハペデスタル
を有し、また、チャンバシーリング（天井部）の上方に
はＲＦインピーダンス整合回路網を介してＲＦ電源と接
続されているコイルインダクタないしコイルアンテナを
有している。リアクタチャンバの中へと導入されるガス
は、コイルアンテナからリアクタチャンバの中へと結合
されているＲＦ電力によってイオン化され、ウエハの上
方にプラズマを発生させる。ウエハに対してなされる様
々なタイプのプラズマ処理に対して、特定のプロセスパ
ラメータを最適化するためには、プラズマイオンエネル
ギーを狭い範囲に分布させることが望ましい。例えば、
ウエハ上の薄い酸化物層（例えばゲート酸化物層）の上
に形成されたポリシリコン層をエッチングするためのＲ
Ｆプラズマエッチングプロセスにおいては、エッチング
プロセスは、ポリシリコンに対する高い選択性と、高い
異方性とを有している必要がある。プラズマイオンエネ
ルギーが狭い範囲の中に分布される場合に、これらの目
標が満たされることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このプラズマイオンエ
ネルギーは、ウエハペデスタルに接続されたバイアスＲ
Ｆ電力ジェネレータによって制御される。ウエハペデス
タルに印加されるバイアスＲＦ電力はプラズマに容量結
合しており、他の容量結合なしでも所望の狭いプラズマ
イオンエネルギー分布を与えることが可能である。ここ
で問題となるのは、コイルアンテナからプラズマへの漂
遊する容量結合(stray capacitive coupling) がプラズ
マイオンエネルギー分布を広げ、その結果、ＲＦプロセ
スの性能を低下させることである。
【０００４】従って、本発明の主な目的は、コイルアン
テナからプラズマへの漂遊する容量結合を低減すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ＲＦインピーダンス整合
回路網を介してＲＦ電源に接続されている誘導コイルア
ンテナを有する誘導結合ＲＦプラズマリアクタにおい
て、絶縁トランスによりコイルアンテナをＲＦ電源から
絶縁することによって、アンテナからプラズマへの容量
結合が低減され、コイルアンテナは浮動する電位（フロ
ーティングポテンシャル）を有することになる。ＲＦイ
ンピーダンス整合回路網の出力は、絶縁トランスの１次
巻線(primary winding) に接続ないし連絡され、フロー
ティングコイルアンテナが絶縁トランスの２次巻線に接
続ないし連絡される。容量結合が２倍以上低下したこと
が定量的に測定された。これは顕著な利点である。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に示されているように、誘導
結合ＲＦプラズマリアクタは、接地されたリアクタチャ
ンバ１０を有し、このリアクタチャンバ１０は、接地さ
れた側壁１２とシーリング（天井部）１４とを有し、こ
れらが、処理されるべき半導体ウエハ３０を支持するウ
エハペデスタル２０を包囲している。ガス流入口４０が
チャンバ１０内へ処理ガスを導入する。チャンバ１０の
シーリングの上に巻かれた誘導コイルアンテナ５０から
プラズマへと誘導結合されたＲＦ電力によって、ガスは
イオン化されてウエハ３０の上方にプラズマが発生す
る。コイルアンテナ５０は、ＲＦインピーダンス整合回
路網７０を介してＲＦジェネレータ６０に結合されてい
る。ウエハ表面におけるプラズマイオンエネルギーは、
ウエハペデスタル２０と大地との間にバイアスＲＦ電力
ジェネレータ７５を接続することにより、制御可能であ
る。
【０００７】誘導コイルアンテナ５０をＲＦ電力ジェネ
レータ６０から絶縁するため、整合回路網７０と誘導コ
イルアンテナ５０との間に絶縁トランス８０が置かれて
いる。具体的には、絶縁トランス８０は、１次巻線８２
と２次巻線８４とを有している。図示のような方法で整
合回路網７０とＲＦジェネレータ６０とが１次巻線８２
に接続ないし連絡され、２次巻線８４には誘導コイルア
ンテナが接続ないし連絡されている。
【０００８】絶縁トランス８０がジェネレータ６０と誘
導コイルアンテナ５０との間のＤＣ電位を低減又はほぼ
排除するため、コイルアンテナ５０の電位はウエハペデ
スタル２０に関して浮動する。これによる利点は、コイ
ルアンテナ５０とペデスタル２０／ウエハ３０との間の
容量結合も低減されることである。その結果、コイルア
ンテナ５０は、ウエハ表面におけるプラズマイオンエネ
ルギーの影響をあまり受けなくなり、即ち、プラズマイ
オンエネルギー分布の広がりが少なくなる。狭いプラズ
マイオンエネルギー分布は、例えば、プラズマエッチン
グプロセスに要求されており、それは、高いエッチング
選択性と高いエッチング異方性とを得るためである。
【０００９】絶縁トランス８０はエアギャップを、１次
巻線８２と２次巻線８４との間に有していてもよい。あ
るいは、絶縁トランス８０は、フェライトコア９０を有
していてもよく、その周りに、１次巻線８２と２次巻線
８４とが巻かれている。
【００１０】図２に示されているように、フェライトコ
ア９０は、円環状であってもよく、また約３〜約５イン
チ（約７６〜約１２７ｍｍ）の直径を有していてもよ
い。１次巻線８２と２次巻線８４は、それぞれ、約５〜
１０巻きであってもよい。
【００１１】図３に示されているように、フェライトコ
アの代りにエアギャップを採用している場合は、１次巻
線８２と２次巻線８４は、相互に近接していてもよい。
具体的には、図３に例示されているように、１次巻線８
２は、２次巻線８４の連なっているターン８４ａと８４
ｂとの間に配置された単一のターン８２ａを有していて
もよい。具体例の１つによれば、図３の１次巻線８２と
２次巻線８４は全て、約２インチ（約５１ｍｍ）の同一
の直径を有し、１次巻線のターン８２ａは、２次巻線の
ターン８４ａから０．５インチ（約１３ｍｍ）、他方の
２次巻線８４ｂから０．５インチ（約１３ｍｍ）離れて
いる。
【００１２】
【実施例】本発明によって実現される容量結合の低減が
定量的に測定された。具体的には、容量結合によって誘
導される、プラズマからウエハペデスタルへのＲＦ電流
が、２倍以上低減された。
【００１３】容量結合単独によって誘導されるＲＦ電流
（誘導結合単独によって誘導される電流と区別されてい
る）を定量的に測定する方法は、係属中の米国特許出
願、標題 "METHOD OF MEASURING THE AMOUNT OF CAPACI
TIVE COUPLING OF RF POWER INAN INDUCTIVELY COUPLED
PLASMA" 、に記載されている。本質的には、この方法
は、プラズマからウエハペデスタルへのＲＦ電流を測定
し、これを、この周波数成分は、ＲＦジェネレータ６０
の基本周波数（Ｆ）の成分とその２倍の周波数（２Ｆ）
の成分とを含む別々の周波数成分に分離する操作を有し
ている。この方法は、周波数Ｆで基本成分の電流を測定
することにより容量結合の量を測定する操作を、更に有
している。
【００１４】本発明の試験を行う場合、上記に挙げた米
国特許の定量測定の方法では、ウエハペデスタルから大
地へ至る（バイアスＲＦ電力ジェネレータはバイパスさ
れる）電流をモニタする電流プローブ１００と、電流プ
ローブ１００の出力側に接続されるオシロスコープ１１
０とを用いている。この測定は、１３．５６ＭＨｚの基
本周波数で動作しているＲＦ電力ジェネレータ６０を用
いて遂行された。電流プローブ１００によって測定され
た電流の誘導結合成分が、オシロスコープ１１０で２
７．１２ＭＨｚ正弦波の軌跡を発生し、他方、電流プロ
ーブ１００によって測定された容量結合成分は、オシロ
スコープ１１０で１３．５６ＭＨｚ正弦波の軌跡を発生
した。後者の成分の振幅は、容量結合の量を示してお
り、また、ジェネレータ６０のＲＦ電力の大きな範囲に
わたって観測された。
【００１５】この結果は、図４のグラフにプロットさ
れ、このグラフでは、プローブ１００を介して得られた
ＲＦ電流の容量結合成分が縦軸に表され、他方、ＲＦ電
力が横軸に示されている。白い四角形のカーブは本発明
を用い得られた結果を例示している。比較の結果を得る
ために行われた第２の試験では、絶縁トランス８０はバ
イパスされ同じ範囲でＲＦ電力を変化させてて行われ、
プローブ１００を介して得られた電流の容量結合成分は
オシロスコープ１１０によってモニタされ、その結果は
図４に黒い四角形のカーブで表されている。２つのカー
ブを比較すれば、ウエハペデスタルへのＲＦ電流の容量
結合成分が低減されたことが明らかであり、例えば、Ｒ
Ｆ電力３００ワットにおいて、０．４ｍＡから０．１６
ｍＡへと下がっており、これは２倍以上の改善である。
【００１６】好適な具体例を具体的に参照して本発明を
詳細に説明してきたが、本発明の範囲を離れることなく
変更や変形を行うことが可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上詳細に説明してきたように、本発明
によれば、コイルアンテナからプラズマへの漂遊する容
量結合が低減される結果、例えば、プラズマイオンエネ
ルギーを狭い範囲に分布させることが望ましいプロセス
においては、この狭い範囲のプラズマイオンエネルギー
分布が実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化したプラズマリアクタ装置の模
式的な構成図である。
【図２】本発明の実施に用いられる絶縁トランスの好ま
しい具体例の模式的な構成図である。
【図３】本発明の実施に用いられる絶縁トランスの別の
好ましい具体例の模式的な構成図である。
【図４】図１の具体例の絶縁トランスを用いた場合と用
いない場合との、誘導コイルアンテナからウエハへの容
量結合ＲＦ電流を例示するグラフである。
【符号の説明】
１０…リアクタチャンバ、１２…側壁、１４…シーリン
グ、２０…ウエハペデスタル、３０…半導体ウエハ、４
０…ガス流入口、５０…コイルアンテナ、６０…ＲＦジ
ェネレータ、７０…ＲＦインピーダンス整合回路網、７
５…バイアスＲＦ電力ジェネレータ、８０…絶縁トラン
ス、８２…１次巻線、８４…２次巻線、９０…フェライ
トコア、１００…電流プローブ、１１０…オシロスコー
プ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ (72)発明者 アーサー エイチ． サトー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， パーク ヴュー ドラ イヴ 610 ナンバー104

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＲＦ周波数Ｆを有するプラズマソース電
    力ＲＦジェネレータを用いる誘導結合プラズマリアクタ
    であって、 リアクタチャンバであって、前記チャンバ内に処理ガス
    を収容することができ、また、前記チャンバの内部に半
    導体基板を支持するためのペデスタルを収容することが
    できる、前記リアクタチャンバと、 ＲＦ電力を誘導結合させることにより前記ガスからプラ
    ズマを発生させるための、前記チャンバに近接する誘導
    結合アンテナと、 基本ＲＦ周波数Ｆを有する、前記アンテナに結合される
    プラズマソース電力ＲＦジェネレータと、 前記ＲＦジェネレータを前記誘導結合アンテナへ結合さ
    せる絶縁トランスとを備えるプラズマリアクタ。
  2. 【請求項２】 前記絶縁トランスが、前記ＲＦジェネレ
    ータに結合される１次巻線と、前記誘導結合アンテナに
    結合される第２の巻線とを備える請求項１に記載のプラ
    ズマリアクタ。
  3. 【請求項３】 前記ジェネレータと前記絶縁トランスと
    の間に接続されるＲＦインピーダンス整合回路網を更に
    備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
  4. 【請求項４】 前記絶縁トランスが、前記ＲＦインピー
    ダンス整合回路網に接続される１次巻線と、前記誘導結
    合アンテナに接続される第２の巻線とを備える請求項３
    に記載のプラズマリアクタ。
  5. 【請求項５】 前記誘導結合アンテナが１対の端部を有
    するコイル導電体を備え前記コイル導電体が前記チャン
    バの一部の上に巻かれ、前記２次巻線が前記コイル導電
    体の前記端部の対に接続される請求項４に記載のプラズ
    マリアクタ。
  6. 【請求項６】 前記絶縁トランスが、フェライトコアを
    更に備え、前記フェライトコアの周囲に前記１次巻線と
    前記２次巻線とが巻かれている請求項２に記載のプラズ
    マリアクタ。
  7. 【請求項７】 前記絶縁トランスが前記１次巻線と前記
    ２次巻線との間にエアギャップを有している請求項２に
    記載のプラズマリアクタ。
  8. 【請求項８】 前記２次巻線が連なっているターンの対
    を備え、前記１次巻線が前記連なっているターンの対と
    前記２次巻線との間に配置されるターンを備える請求項
    ７に記載のプラズマリアクタ。
  9. 【請求項９】 前記プラズマから前記ペデスタルへの電
    流の容量結合成分を定量的に測定するための装置を更に
    備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
  10. 【請求項１０】 前記装置が、 前記ペデスタルと大地との間に接続される導電体と、 前記導電体に隣接する電流プローブと、 前記基本周波数に等しい周波数で前記導電体を通る電流
    の成分を観測するための手段とを備える請求項９に記載
    のプラズマリアクタ。
  11. 【請求項１１】 前記ペデスタルと大地との間に接続さ
    れるバイアスＲＦジェネレータを更に備える請求項１に
    記載のプラズマリアクタ。
  12. 【請求項１２】 ＲＦ周波数Ｆを有するプラズマソース
    電力ＲＦジェネレータを用いる誘導結合プラズマリアク
    タであって、 リアクタチャンバであって、前記チャンバ内へ処理ガス
    を導入するためのガス流入口と、前記チャンバの内部に
    半導体基板を支持するためのペデスタルとを有する、前
    記リアクタチャンバと、 ＲＦ電力を誘導結合させることにより前記ガスからプラ
    ズマを発生させるための、前記チャンバに近接する誘導
    結合アンテナであって、前記誘導結合アンテナは前記チ
    ャンバの一部の上に巻かれるコイルアンテナを備え、前
    記コイルアンテナは端部の対のところで終了している、
    前記誘導結合アンテナと、 基本ＲＦ周波数Ｆを有する、前記アンテナに結合される
    プラズマソース電力ＲＦジェネレータと、 前記ＲＦジェネレータの出力部に接続される入力部を有
    するＲＦインピーダンス整合回路網と、 前記ＲＦジェネレータを前記誘導結合アンテナへ結合さ
    せる絶縁トランスであって、前記ＲＦインピーダンス整
    合回路網の出力部に接続される１次巻線と、２次巻線と
    を有し、前記端部の対が前記２次巻線に接続ないし連絡
    している、前記絶縁トランスとを備えるプラズマリアク
    タ。
  13. 【請求項１３】 前記絶縁トランスが、フェライトコア
    を更に備え、前記フェライトコアの周囲に前記１次巻線
    と前記２次巻線とが巻かれている請求項１２に記載のプ
    ラズマリアクタ。
  14. 【請求項１４】 前記絶縁トランスが前記１次巻線と前
    記２次巻線との間にエアギャップを有している請求項１
    ２に記載のプラズマリアクタ。
  15. 【請求項１５】 前記２次巻線が連なっているターンの
    対を備え、前記１次巻線が前記連なっているターンの対
    と前記２次巻線との間に配置されるターンを備える請求
    項１２に記載のプラズマリアクタ。
  16. 【請求項１６】 前記プラズマから前記ペデスタルへの
    電流の容量結合成分を定量的に測定装置を更に備える請
    求項１２に記載のプラズマリアクタ。
  17. 【請求項１７】 前記装置が、 前記ペデスタルと大地との間に接続される導電体と、 前記導電体に隣接する電流プローブと、 前記基本周波数に等しい周波数で前記導電体を通る電流
    の成分を観測するための手段とを備える請求項１６に記
    載のプラズマリアクタ。
  18. 【請求項１８】 前記ペデスタルと大地との間に接続さ
    れるバイアスＲＦジェネレータを更に備える請求項１２
    に記載のプラズマリアクタ。
JP14621196A 1995-06-07 1996-06-07 容量結合低減のためのフローティングコイルアンテナを有する誘導結合ｒｆプラズマリアクタ Expired - Fee Related JP4004083B2 (ja)

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