JPH1083987A - ハイブリッドコンダクターとマルチラジアスドーム天井を有する高周波プラズマリアクター - Google Patents

ハイブリッドコンダクターとマルチラジアスドーム天井を有する高周波プラズマリアクター

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JPH1083987A
JPH1083987A JP9189902A JP18990297A JPH1083987A JP H1083987 A JPH1083987 A JP H1083987A JP 9189902 A JP9189902 A JP 9189902A JP 18990297 A JP18990297 A JP 18990297A JP H1083987 A JPH1083987 A JP H1083987A
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plasma reactor
conductor
reactor
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radius
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JP9189902A
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Gerald Zheyao Yin
ゼヤオ イン ジェラルド
Diana Xiabling Ma
シャオビン マ ダイアナ
Philip Salzman
サルツマン フィリップ
Peter K Loewenhardt
ケー． ローヴェンハート ピーター
Allen Zhao
ザウ アレン
Kenneth Collins
コリンズ ケネース
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Applied Materials Inc
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン密度分布の均一性を最適化するため、
プラズマ特性の柔軟性のある多様な調節を可能ならしめ
るプラズマリアクターを提供すること。 【解決手段】 本発明の誘導結合型ＲＦプラズマリアク
ターは、側壁１０と半導体天井１２を有するリアクター
チャンバーと、ウェーハ１６を支持するウェーハペデス
タル１４と、ＲＦ電源２８と、処理ガス源２２と、ＲＦ
電源に接続されたコイルインダクター１８とを含み、前
記コイルインダクターは、（ａ）前記側壁の一部に臨む
とともに、底部巻線と、前記天井の頂上高さに少なくと
もほぼ対応する高さにある頂部巻線とを含むサイドセク
ション４４と、（ｂ）前記天井の実質的な部分の上方に
横たわるように、前記サイドセクションのトップ巻線か
ら半径方向内側へ延びるトップセクション４６とを含
む。天井は、半導体ウィンドウ電極として機能するよう
に、もう一つのＲＦ電源を天井に適用してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
処理に用いる高周波（ＲＦ）誘導結合型またはＲＦ容量
結合型のプラズマリアクターに関し、具体的にはウェー
ハ面全体にわたるプラズマイオン密度の均一性の改良に
関する。
【０００２】なお、本出願は、Gerald Z. Yin 他によっ
て１９９５年２月１４日出願された、米国出願番号 08/
388,674 発明の名称「ハイブリッド（混成型）コンダク
ターとマルチラジアス（多半径）ドーム天井を有するＲ
Ｆプラズマリアクター」と、Kenneth S. Collins 他に
よって１９９６年２月２日出願された米国出願番号 08/
597,577 発明の名称「平行板電極を介する誘導アンテナ
カップリングパワーを有する平行板電極プラズマリアク
ター」の開示内容を引用によって本明細書で援用する。
【０００３】
【従来の技術】誘導結合型プラズマリアクターは現在、
半導体ウェーハ上への各種プロセス、例えばメタルエッ
チング、誘電エッチング、および化学的気相堆積などの
実行に用いられている。エッチングプロセスにおいて、
誘導結合プラズマの一つの利点は、高密度のプラズマイ
オン密度が得られるので、最小のプラズマＤＣバイアス
によって大きなエッチ率が得られ、プラズマＤＣバイア
スをより多くコントロールでき、デバイスの損傷を減ら
せることである。この目的のため、アンテナへ印加され
るソースパワーとウェーハ・ペデスタルへ印加されるＤ
Ｃバイアスパワーは、いずれも別々にコントロールされ
るＲＦ電源である。バイアスパワーとソースパワーを分
離すると、周知の技術を用いてイオン密度とイオンエネ
ルギーを容易にコントロールすることができる。誘導結
合プラズマを発生させるためのアンテナは、チャンバー
に隣接するコイルインダクターであり、コイルインダク
ターはＲＦ電源に接続される。コイルインダクターは、
プラズマを点火し維持するためのＲＦパワーを供給す
る。コイルインダクターの形状寸法は、リアクターチャ
ンバー内のプラズマイオン密度の空間的分布をほぼ決定
する。
【０００４】上記プラズマリアクターにおける問題の一
つは、ウェーハ面全体にわたるプラズマイオン密度が不
均一なことである。これはメタルエッチングプロセスに
おいて問題になる。例えば、エッチ率はプラズマイオン
密度の影響を受け、従ってウェーハ全体にわたるエッチ
率が不均一になるからである。その結果、エッチングプ
ロセスのコントロールが困難になり、ウェーハ上のある
部分ではオーバーエッチデバイス、他の部分ではアンダ
ーエッチデバイスになり、生産歩留まりが低下する。
【０００５】プラズマイオン分布が不均一になる原因の
ひとつは、コイルの形状寸法と位置である。もう一つの
原因はプラズマ自体の形状であり、これは主としてリア
クターチャンバーの形状、特にその天井の形状によって
決定される。
【０００６】一般的に、誘導結合型プラズマリアクター
のコイルインダクターは、リアクターチャンバーの周り
を取り囲んでいるが、必ずしもリアクターチャンバー壁
の形状に適合してはいない。必然的にウェーハ面の各部
は最寄りのコイルから様々な距離にあり、従ってプラズ
マイオン密度が不均一になる。
【０００７】リアクターチャンバーの形状次第で、特に
天井が円錐形または半球形の場合、ウェーハの中央部に
比較的多量のプラズマが集まり、ウェーハのエッジ部に
比較的少量のプラズマが存在する。従って、イオンフラ
ックス密度は本質的に空間的に不均一になる傾向があ
る。
【０００８】別の手段が James Ogleによる米国特許第
4,948,458号明細書に開示されており、その場合、プラ
ズマリアクターは平らな天井と、天井の上に配置された
平らなコイルアンテナを備えている。しかし、この手段
は、プラズマイオン密度の均一性には何らの改良ももた
らさず、その上、プラズマ内に比較的大きな誘導結合を
生じ、プラズマイオンエネルギーのコントロールを阻害
することがほぼ判明している。その手段に対する修正が
Chen他による米国特許第5,368,710号明細書に開示され
ており、ここでは誘電体チャンバーカバーをチャンバー
の中心に向かって厚くすることによって、密度などのプ
ラズマ特性を変えることを試みている。しかしそのよう
な技法によっては、プラズマ特性を様々な柔軟性をもっ
て調節することはできない。
【０００９】Novellusによる米国特許第5,346,578号明
細書には、円弧状の天井を有するリアクターが開示され
ている。しかしそのような技法によっては、プラズマ特
性を様々な柔軟性をもって調節することはできない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、イオン密度分
布の均一性を最適化するため、プラズマ特性の柔軟性の
ある多様な調節を可能ならしめるプラズマリアクターが
必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェー
ハ処理用の誘導結合型ＲＦプラズマリアクターとして実
施されるものであり、このリアクターは、側壁と天井
（少なくとも一方は誘導電界を通過させることのできる
半導体材料である）を有するリアクターチャンバーと、
チャンバー内にウェーハを支持するためのウェーハペデ
スタルと、ＲＦ電源と、リアクターチャンバー内へ処理
ガスを導入するための装置と、リアクターチャンバーに
隣接してＲＦ電源に接続されたコイルインダクターとを
含み、コイルインダクターは、（ａ）側壁の一部に臨む
とともに底部巻線と頂部巻線（少なくともほぼ天井の頂
部高さに対応する高さにある）を含むサイドセクション
と、（ｂ）天井の少なくとも実質的な部分に横たわるよ
うにサイドセクションの頂部から半径方向内側へ延びる
トップセクションとを含む。天井の形状は、ドーム型で
あって、多数の半径からなり、天井の周辺部が最小曲率
半径で、天井の中央部が最大曲率半径であることが好ま
しい。トップセクションはフラットディスク型コイルで
あって、サイドセクションは、円筒形コイル、半径が底
部から頂部へ減少する円錐台形コイル、または半径が底
部から頂部へ変化する曲線巻線であることが好ましい。
一実施形態において、サイドセクションは単一連続コイ
ル導体として形成される。もう一つの実施形態におい
て、トップセクションとサイドセクションは、別々の巻
線であって、ＲＦ電源は一対の独立したＲＦ電源を含
み、各ＲＦ電源はそれぞれトップセクションとサイドセ
クションの一つに接続され、トップセクションとサイド
セクションのそれぞれにおいてＲＦ電源を独立してコン
トロールすることができる。
【００１２】半導体の天井（または側壁）は、半導体の
天井にＲＦ電位を印加することによって、外部誘導アン
テナの誘導電界へのウィンドウとしての他に、電極とし
ても作用する。
【００１３】ワークピース上全体にわたってプラズマイ
オン密度の半径方向分布を調節するため、天井を覆う誘
導コイルアンテナと半導体天井自体をそれぞれ半径方向
に分かれたセクション、すなわち半径方向内側のセクシ
ョンと半径方向外側のセクションに分割されている。各
セクションには他のセクションから独立したＲＦパワー
が印加され、内側セクションに印加されるＲＦパワー
を、外側セクションに相対して変化させると、プラズマ
イオン密度の半径方向分布が変化する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体多半径ドーム天
井を有するプラズマリアクターであって、前記多半径ド
ーム天井の周りまたは上には誘導コイルアンテナのよう
なプラズマソースパワー放射装置があるものに関する。
なお、プラズマソースパワー放射装置は、天井の形状に
沿ってもよいし、沿わなくともよい。
【００１５】ここに説明する発明の好ましい実施形態
は、ＲＦ電源に接続されるとともにプラズマチャンバー
天井上を覆うよう配置された導体を用いるプラズマパワ
ーソースに言及し、前記導体は例えばコイル状の導体ま
たはアンテナであって、形状は様々である。しかし、本
発明は、同じ特定の形状および形状の範囲の容量電極(c
apacitive electrode)である導体を用いたプラズマパワ
ーソースを用いて実施することもでき、コイル巻線は容
量電極としての単一の一体導体フィルムに置き換えるこ
とができる。いずれの場合にも、導体（すなわちコイル
巻線または一体の導体フィルム）は、以下に述べるよう
な、例えば円錐台、円筒、ドーム、および多半径ドーム
のような一定範囲の形状内に置かれる三次元の面または
形状を画成するか、またはそれに合せたものである。
【００１６】本発明は、導体と天井のいずれか一方また
は両方の形状を変えることによって、プラズマイオン密
度の形状を画成(sculpt)または調節する。天井の形状
は、ドーム型の天井を複数の半径で構成し、各半径を個
々に調節して、必要な形状とすることが好ましい。多半
径ドーム型の天井は、単一半径（半球）ドームを含む他
のいかなる天井形状よりもプラズマパワー効率が大きい
ので、好ましい実施形態である。特定の天井形状に関し
て、導体の形状は、連続的な形状の範囲の一方の極端で
ある真円筒形から他方の極端である天井の非円弧形状ま
たは真円筒形とぴったり一致する形状まで調節される
が、これについては以下に更に大いなる具体性を持って
説明する。
【００１７】これらの調節によって、プラズマイオン密
度をウェーハ面全体にわたって最適に均一化し、最適な
均一処理を行うことができる。そのような調節は、イオ
ン密度が三つの要因、すなわちイオン拡散、コイルイン
ダクターの近傍における局部的イオン化、および天井面
などの表面の近傍における局部的再結合の影響を受ける
ので、イオン密度に影響を及ぼす。ウェーハから天井ま
での距離とウェーハからコイルインダクターまでの距離
が比較的短い（例えば限定はしないがそれぞれ３０ｃｍ
と３２ｃｍ程度である）リアクターの場合、後者の二要
因（コイルインダクターの近傍における局部的イオン
化、および天井面の近傍における局部的再結合）が有意
であり、良好な効果をもって本発明を採用することがで
きる。従って、コイルインダクターの形状を変えると、
コイルインダクターの近傍における局部的イオン化の空
間的プロフィルが変わり、他方、多半径天井形状を変え
ると、内部天井面における局部的再結合の空間的プロフ
ィルが変わり、このようにしてプラズマイオン密度が新
たな形態をとる。
【００１８】図１を参照すると、誘導結合されたＲＦプ
ラズマリアクターは、接地された導体の円筒形側壁１０
と半導体天井１２を有するリアクターチャンバーを備え
ており、また、このリアクターは、チャンバーの中央に
半導体ウェーハ１６を支持するためのウェーハペデスタ
ル１４と、チャンバーの上部を取り囲み、ウェーハまた
はウェーハペデスタルの頂部の平面の近傍から始まって
上へ延びる円筒形インダクターコイル１８と、処理ガス
をチャンバー内部へ供給するための処理ガス源２２とガ
ス入口２４およびチャンバー圧力コントロール用ポンプ
２６とを含んでいる。コイルインダクター１８は、従来
技術のアクティブＲＦ整合回路３０を介してプラズマソ
ース電源ないしはＲＦ発生器２８によって電力が印加さ
れる。コイルインダクター１８の頂部巻線は「ホット」
であって、底部巻線は接地されている。ウェーハペデス
タル１４は、バイアスＲＦ電源またはバイアスＲＦ発生
器３４に接続された内部導電性部分３２と外部接地導体
３６（内部導電性部分３２から絶縁されている）を含
む。導電性の接地されたＲＦシールド２０がコイルイン
ダクター１８を取り巻いている。半導体天井１２は、下
記の図２２の考察において開示するように、別のＲＦ電
源によって駆動されてもよい。
【００１９】本発明の一局面によれば、ウェーハ全体に
わたるプラズマ密度の空間分布の均一性は、天井１２を
多半径ドームに形成し、天井１２の複数半径を個々に決
定または調節することによって（円錐形または半球形天
井に比べて）改善される。図１の特定の実施形態におけ
る多半径ドーム形状は、ドーム天井１２の曲率がドーム
の中央部付近で多少平たくなり、ドームの周辺部ではき
つい曲率になっている。図１２の多半径ドーム天井は二
つの半径、すなわち、頂部において１５インチ（３７．
５ｃｍ）の半径Ｒと、コーナーにおいて３．５インチ
（８．７５ｃｍ）の半径ｒを持つ。もう一つの実施形態
において、頂部半径Ｒは１３インチ（３２．５ｃｍ）
で、頂部半径Ｒは１３インチ（３２．５ｃｍ）コーナー
半径ｒは４インチ（１０ｃｍ）である。
【００２０】本発明の一特徴によれば、ウェーハ１６の
周辺エッジからウェーハ表面の平面とドーム１２の内面
が交わる線までのスペースすなわち水平距離は約１０ｃ
ｍ（４インチ）である。このことによって、実質的にエ
ッジ効果のないウェーハの均一なプラズマ処理が保証さ
れる。用途次第で、このスペースは８ｃｍないし１５ｃ
ｍの範囲であればよいが、必ずしもこの範囲に限定する
訳ではない。
【００２１】図２に示すように、コイルインダクター１
８は、Gerald Yin 他により1994年7月18日に出願され、
本願出願人へ譲渡された同時係属中の米国特許出願 No.
08/277.531、発明の名称「マネチセクションＲＦコイル
と絶縁された導電性蓋を有するプラズマリアクター」に
開示されているミラーコイル構造においてＲＦ電源２
８、３０に接続してもよい。図２のミラーコイル構成に
おいては、ＲＦ電源２８、３０はコイルインダクター１
８の中間部巻線に接続される一方、このコイルインダク
ターの上端と下端は接地されている。上記引用の Geral
d Yin 他による出願に記載されているように、ミラーコ
イル構成はコイルへの最高電位を下げるという利点があ
る。
【００２２】プラズマ密度分布は、円筒形コイルインダ
クターの代わりに図３に示すような部分的円錐形コイル
インダクター４０を用いることによって、図１の実施形
態において得られたプラズマ密度分布から変化させるこ
とができる。図３の円錐形コイルインダクター４０の上
寄りの巻線は、図１の円筒形コイルインダクターの上寄
りの巻線よりもウェーハ１６に近づいている。図４に示
すように、円錐形コイルインダクター４０は図２を参照
して上に説明した構成に類似したミラーコイル構成にお
いて電源２８、３０に接続することができる。
【００２３】図４は、天井１２とコイルの間の境界に沿
った下部コーナー付近において、円錐台形コイルインダ
クター４０が、他の境界部分より大きく天井から間隔が
空いていることを示しており、これはコイルの円錐形状
と天井の円弧形状が一致していないためである。この特
徴は、天井１２の下部コーナーにおけるスパッタリング
を抑止するという利点がある。この理由により、多くの
用途において、天井の形状に倣わない導体（コイルイン
ダクターまたは容量電極）が好まれる。
【００２４】図５は、本発明のハイブリッドコイルイン
ダクター４２の第１実施形態を示す。このハイブリッド
コイルインダクター４２は、円筒形部分４４と浅い頂部
部分４６を有する一体コイルとして、同じ導体から巻き
続けることが好ましい。円筒形部分４４は、図１のイン
ダクター１８とほぼ類似のやり方で構成されている。コ
イルインダクター４２全部が同じ電源２８、３０から通
電される。図５の実施形態は、図１の実施形態と同じや
り方で電源２８、３０に接続され、頂部巻線４２ａがＲ
Ｆ「ホット」であり、他方、底部巻線は接地されてい
る。更に、ハイブリッドコイルインダクター４２の頂部
巻線４２ａは、円筒形コイル４４の頂部巻線４４ａであ
りかつ浅い頂部部分４６の最外側巻線４６ａでもある。
図５に示すように、頂部部分４６の最内側巻線４６ｂの
端部も接地されている。図６は、電源２８、３０の接続
を頂部巻線４２ａ以外の、例えば円筒形コイル４４の中
間部巻線４４ｃへ動かすことによって、図５の実施形態
を変形したものを示している。図７は、浅い頂部部分４
６が内側半径ｒの空隙すなわち開口部４８を有する変形
を示す。この内側の開口部は、頂部部分４６がウェーハ
中心部に高いプラズマイオン密度を与える傾向を補正す
る。その結果、図７の開口部４８を有する実施形態で
は、一般的に図５または図６の実施形態より均一なプラ
ズマイオン密度が得られる。
【００２５】図８は、浅い頂部部分４６と、図５の円筒
形コイル４４の代わりに図３の円筒形コイルインダクタ
ー４０に対応する円錐形サイドコイル５０とからなるハ
イブリッドインダクターの第２実施形態を示す。図５の
実施形態のように、コイルの両部分４６、５０は同じ連
続導体から巻かれている。頂部巻線５０ａに接続された
単一の電源２８、３０がコイルインダクター全体に通電
する。図９は、図６のように、電源２８、３０を頂部巻
線５０ａ以外の巻線に接続することができる様子を示
す。図１０は、円錐形サイドコイルと組み合わせて頂部
コイル部分４６に中央開口部４８を設ける様子を示す。
【００２６】図１１は、本発明のハイブリッドコイルイ
ンダクターの第３実施形態を示し、ここでは円筒形サイ
ドコイル４４または円錐形サイドコイル５０をカーブ断
面（例えばドーム）形状のコイル５２で置き換え、電源
２８、３０が頂部部分４６の最外側巻線４６ａに接続さ
れている。図５と同様に、両コイル部分４６、５２は同
じ導体から巻き続けられ、一つの電源２８、３０から通
電する。図１１において、中央部、すなわち頂部コイル
部分４６は最も浅く、サイドまたはボトムコイル部分４
６は最も急であり、トップコイル部分が多半径ドーム天
井１２の中央形状に最も近く倣っており、この形状模倣
性は中央部から半径方向に離れるにつれて減少してい
る。一つの代替実施形態において、コイルインダクター
４６、５２全体は天井１２と全く同じ形状で完全な形状
順応としてもよい。
【００２７】図１２は、頂部部分４６の開口部４８をサ
イドコイル５２と組み合わせることができる様子を示
す。導体（コイルインダクター５２または同形の容量電
極）がドーム天井の形状に少なくともほぼ倣っている図
１２の実施形態のような実施形態の場合、天井の最高部
がウェーハの上方少なくとも７．５ｃｍ（３インチ）で
あると、イオン電流密度はウェーハ中央部で高くなり、
不均一になってしまう傾向がある。（高さが例えば５０
ｃｍ以下のように更に低いと、天井近傍における再結合
効果によって、ウェーハ中央部のイオン電流密度がウェ
ーハの他の部分より低くなる。）ウェーハ中央部のイオ
ン電流密度が高すぎるという問題は、開口部４８によっ
て解決できる。その理由は、この開口部４８が、開口部
４８の半径次第で、ウェーハ中央部のイオン電流密度
を、ウェーハの残りの部分の周りにおけるイオン電流密
度とほぼ等しいレベルにまで下げるからである。好まし
くは、例えば、図１２に示したような形状模倣導体（例
えばコイルインダクター）を用いて直径３０ｃｍのウェ
ーハを処理するための直径５０ｃｍのチャンバーが、ウ
ェーハ面全体にわたって均一なイオン電流密度をもたら
すには、直径が１５ｃｍないし２５ｃｍの範囲の開口部
４８が必要になる。他の形態として、２０ｃｍのウェー
ハを処理するための直径３５ｃｍのチャンバーには、１
０ｃｍないし２０ｃｍの範囲にある開口部４８を必要と
するであろう。
【００２８】コイルインダクター５２の形状が天井１２
を模倣している図１２の実施形態においては、プラズマ
は直ちに点火する。これと比較して、図４の円錐形コイ
ルインダクターのような形状非模倣の実施形態において
は、上記のように天井の下部コーナーにおけるスパッタ
リングはよりよく抑止されるものの、プラズマの点火は
困難である。従って、２０００ワットを超えるプラズマ
電源レベルにおいては、図４の実施形態が好ましく、２
０００ワット以下のプラズマ電源レベルにおいては、図
１２の実施形態（天井模倣形コイル形状、開口部付き）
が好ましい。
【００２９】図１３は、図５の実施形態の一体コイルを
４４、４６の部分に分割し、各コイル部分４４、４６に
別々にコントロール可能なＲＦ電源２８、３０と２
８′、３０′から通電する実施形態を示す。この特徴の
利点は、一方の電源３０、３０′の出力を他方に相対し
て変化させることによって、ウェーハ中央部のプラズマ
イオン密度を、ウェーハの他の部分のプラズマイオン密
度に相対してコントロールできることである。図１４と
図１５はそれぞれ、図８と図１１を同様に変形した実施
形態を示している。
【００３０】図１３〜図１５の二重電源の実施形態を用
いて、必要に応じてフラット頂部コイルＲＦ電源２
８′、３０′のパワーを上げることによってウェーハ中
央部におけるプラズマイオン密度を下げたり、あるいは
ウェーハ中央部におけるプラズマイオン密度が不十分で
ある場合、前記パワーを下げることができる。更に、コ
イル部分へのパワー入力に相対してペデスタルと基板へ
のパワー入力を調節することも可能である。
【００３１】図１６を参照すると、図１の円筒形コイル
インダクター１８が、それぞれ直線導体６２ａ、６４
ａ、６６ａによって共通の頂点６８に接続された複数個
（例えば３個）の同心螺旋状導体６２、６４、６６から
なるマルチプル螺旋コイルインダクター６０に置き換え
られている。ＲＦ整合回路３０が頂点６８に接続される
一方、螺旋状導体６２、６４、６６の端６２ｂ、６４
ｂ、６６ｂは接地されている。端６２ｂ、６４ｂ、６６
ｂが円弧状に等間隔に並ぶように、螺旋状導体６２、６
４、６６の長さは同一であることが望ましい。当該マル
チプル螺旋コイルインダクターは、Xue-Yu Qian 他によ
る1994年10月31日に出願された米国特許出願No.08/332,
569の明細書に開示されている。
【００３２】図１７を参照すると、図５の真円筒形コイ
ルインダクター４２が、図１６のものに類似のマルチプ
ル螺旋コイルインダクター６０′に置き換えられてい
る。図１７において、複数の螺旋巻線はマルチプル螺旋
状コイルインダクター６０′の外周からアペックス６８
につながっている。
【００３３】図１８を参照すると、図１１のドーム形コ
イルインダクターが、共通の頂点６８″に接続された複
数個（例えば３個）の同心の螺旋状導体６２″、６
４″、６６″からなるマルチプル螺旋コイルインダクタ
ー６０″に置き換えられている。ここに開示したマルチ
プル螺旋コイルインダクターに一般的に適用可能な一つ
のバリエーションにおいて、頂点６８″とすべての螺旋
状導体６２″、６４″、６６″の端は、接地され、ＲＦ
整合回路３０はマルチプル螺旋状導体６２″、６４″、
６６″のそれぞれに沿った中点に接続されている（例え
ば図２、図４、図６、図８、図９のミラーコイル構成に
類似）。このことによって、マルチプル螺旋状導体６
２″、６４″、６６″のそれぞれが二つのセクションに
分割されるが、分割数は３以上でもよい。二つのセクシ
ョンに関しては、両セクションはミラーコイルである。
この目的のため、隣接する両セクションは、すべてのセ
クションからの磁界が構造的に加算されるように、反対
に巻かれている（反対方向に巻かれている）ことが、上
記に引用した Xue-Yu Qian 他の出願に詳細に記載され
ている。これは、マルチプル螺旋コイルインダクターを
用いるあらゆる実施態様もXue-Yu Qian 他の上記出願に
詳細に記載されているように、ミラーコイルセクション
を提供するよう、ミラーコイル構造に従って変形される
ことを示している。
【００３４】図１９を参照すると、図１４の円錐台形コ
イルインダクター４６が、共通の頂点８８に接続された
複数個（例えば３個）の同心の螺旋状導体８２、８４、
８６からなるマルチプル螺旋コイルインダクター８０に
置き換えられている。図２０を参照すると、ここに開示
したマルチプル螺旋コイルインダクターのいずれにも適
用可能な一つの変形として、コイルインダクター８０
が、トップセクション８０ａとボトムセクション８０ｂ
の二つの別々に通電されるセクションに分割されてい
る。両セクション８０ａ、８０ｂはそれぞれ、別々にコ
ントロール可能なＲＦ発生器２８、２８′とＲＦ整合回
路３０、３０′から電力が印加される。更に一つの変形
において、上部８０ａを除去すると、先に述べた図１０
と図１２の実施形態におけるように、中央開口部を有す
るインダクター（８０ｂ）となる。このようにして、多
くの他のプラズマ関連要因の最適コントロールが同時に
可能となる。
【００３５】概略的に述べるならば、図１ないし図２０
の実施形態は一般的に、円弧状の半導体天井１２を有
し、この天井の形状は多半径ドーム状で、ウェーハペデ
スタル３２、３６に臨んで間隔を空けて支持されている
ことが好ましい。半導体天井１２は、コイルアンテナの
誘導電界伝達用ウィンドウとして作用し、そこに電気的
（例えばＲＦ）パワーが印可されるか、あるいはそれが
接地される場合、誘導電極として作用する。天井１２の
中央部は、コイルインダクター１８とウェーハペデスタ
ル３２、３６に相対して芯出しされ、曲率半径は最大で
ある。天井１２の周辺部は、曲率半径は最小である。そ
の結果、ウェーハペデスタル３２、３６の上方に横たわ
る中央部は最も浅く、すなわち平坦であり、天井１２の
直径の実質的部分を占め、残りの周辺部は最も急に、す
なわち最もきつく曲がっている。インダクター１８は、
図１１または図１２のような多半径形状に巻かれたコイ
ルであることが好ましいが、図１と図２の真円筒形から
図５ないし図１４のコイルインダクターの上部４６の平
板形状までの範囲にある、円錐形または多半径形状であ
ることも好ましい。図１１と図１２の好ましい多半径コ
イルインダクター５２はいずれも天井１２の多半径曲率
に倣うものである（図１２は形状に倣っていない）。実
際、図１２の実施形態以外の実施形態はすべて多半径天
井１２の形状に倣う形状である。一般的に、非形状模倣
形コイルインダクター（例えば図１１の多半径インダク
ター５２）に関して、（インダクターの中心から）少な
くとも一つの中程度の半径の領域があり、この領域はイ
ンダクターの他の領域（例えば中央部４６）よりも大き
く天井１２から離れている。これは、例えば、図５から
図９と図１２の実施形態が該当する。好ましい多半径イ
ンダクター５２の場合、インダクターの中央部（例えば
図１１の中央部４６）がほとんど平らに近くかつ天井１
２に近く、曲率半径が最大で、周辺部の曲率半径が最小
である。多半径インダクターの曲率半径が二つのみであ
れば、最大曲率半径は周辺部から内側へ向かって中間部
分まで延び、最小半径は周辺部から中間部分まで延び
る。あるいは、最大から最小まで徐々に単調に多くの半
径があることが望ましい。例えば図７、図１０、図１２
と図２０の好ましい実施形態において、インダクターは
中央開口部すなわち孔（例えば図１０の孔４８）を画成
し、この孔は、インダクターの中央において放射される
ＲＦパワーを減らすことによってプラズマ密度を画成(s
culpt)する方法を提供するという利点を持っている。こ
の特徴は、中央平インダクター部分４６を有する図５〜
図１５の実施形態に対して特に補足的である。
【００３６】上記特徴のうち、各特徴を他の特徴と適当
に組み合わせて、各特徴を誇張したり最小にしたりし
て、プラズマ密度の空間分布の多面的画成を行うことが
できる。特に、プラズマ密度分布を最適化するのに役立
つ多くのコイル形状は天井形状非模倣形であり、この形
状は、コイル形状の半径方向中間領域が天井面から軸方
向へ、天井の中央に最も近いコイル部分に比べてより遠
く離れている（例えば図１１）。一つの利点は、天井の
スパッタリングの低減であり、ここでは間隔を空けるこ
とが天井の下部コーナーにおいて重要である。
【００３７】図２１のグラフは、コイルインダクターの
形状の調節によってプラズマイオン密度の空間分布がど
のように調節されるかを示す。縦軸はプラズマイオン密
度を、横軸はウェーハ中心から半径方向の距離を示す。
白丸のデータポイントは、多半径ドーム天井に倣った形
状のコイルインダクターによって得られた実験データを
表す。角点は真円筒形コイルインダクターによって得ら
れた実験データを表す。図２１のグラフは、真円筒形コ
イルインダクターによる方が、形状模倣形（ドーム形）
コイルインダクターによるよりも平坦なイオン密度が得
られることを示している。
【００３８】多半径ドーム天井を用いて、チャンバー圧
力を変化させてウェーハ面全体にわたるイオン電流分布
を画成することができる。具体的には、ウェーハ中央に
おける過度なイオン電流密度の修正には、圧力を上げ、
ウェーハ中央における過小なイオン電流密度の修正に
は、圧力を下げる。例えば、図１２のような、１０ｃｍ
のシリコンドーム天井の形状に倣ったコイルにおいて１
５００ワットのプラズマ電源を印加した場合、イオン電
流分布均一性の最適化する理想的チャンバー圧力は、約
１０ｍＴｏｒｒ程度である。
【００３９】同様に、（例えばＲＦ電源２８から）印加
するプラズマ電源を変化させて、ウェーハ面全体にわた
るイオン電流分布を画成(sculpt)することができる。具
体的には、ウェーハ中央における過度なイオン電流密度
の変更には、ＲＦパワーを下げ、ウェーハ中央における
過小なイオン電流密度の変更には、ＲＦパワー力を上げ
る。例えば、図１２のような、１０ｃｍのシリコンドー
ム天井の形状に倣ったコイルにおいて１５００ワットの
プラズマ電源を印加した場合、イオン電流分布均一性の
最適化するＲＦ電源の理想的ＲＦパワーレベルは、１５
００ワット程度である。
【００４０】以上、本発明をメタルエッチプラズマリア
クターにおける応用に関して開示したが、本発明は、半
導体（シリコン）エッチ、誘電体（例えば二酸化珪素、
シリカ）エッチ、化学蒸着、物理蒸着などのプラズマリ
アクターにも有用である。
【００４１】図１〜図２０はそれぞれ、プラズマ電源の
ＲＦパワーによって、チャンバーの天井の上方に横たわ
る、円錐形、円筒形あるいはドーム形などの三次元形状
に倣った特定の形状の導体を用いて、プラズマリアクタ
ーチャンバーが照射される様子を示す。図２２を参照し
て以下に説明するように、半導体天井１２をＲＦ電源に
よって駆動することができ、その場合、ペデスタル３２
は天井に対する対向電極として作用する。天井１２を対
向電極として作用させると、いくつかの利点がある。第
一に、天井がプラズマの化学作用に関与する程度を、天
井に印加するＲＦパワーをコントロールすることによっ
て調節することができる。第二に、天井が電源または大
地に接続されると、ウェーハ面の上方全体にわたって大
面積の均一な電位を提供する。第三に、ウェーハペデス
タルに印加されるバイアスＲＦパワーに対する対向電極
として天井が作用するように天井が電源または大地に接
続される程度まで、バイアスＲＦパワーはコントロール
されたリターンパス（帰路）（すなわち天井）を通して
流すことができる。このことは、誘電体天井を用いる従
来技術のリアクターでは不可能である。
【００４２】図２２を参照すると、一つのＲＦ電源２８
ａがコイルアンテナ４０を駆動している。もう一つのＲ
Ｆ電源２８ｂが半導体天井１２を駆動している。あるい
は、天井１２は、ＲＦ電源３４によって駆動されるウェ
ーハペデスタル３２の対向電極として作用するように、
接地されている。天井は、コイルアンテナ４０から発生
する誘導電界のウィンドウとしても、ＲＦ電源２８ｂか
らのパワーをチャンバーへ容量的に結合する容量電極と
しても作用する。
【００４３】本発明のもう一つの局面において、ウェー
ハ１６の全面にわたってプラズマイオン密度の分布を調
節できることが望ましい。例えば、様々な理由によっ
て、半径方向の特定の位置においてエッチ率または堆積
率に不均一性の可能性があり、この不均一性は、当該半
径方向位置におけるプラズマイオン密度を増減すること
によって軽減することができる。プラズマイオン密度の
半径方向分布を変える一つの方法は、チャンバー内のＲ
Ｆパワーの半径方向分布を変えることである。本発明に
よれば、図１３〜１５を参照して上記に説明した特徴に
よって、そのような変更が可能であり、その場合、コイ
ルアンテナを電気的に半径方向に内側と外側のセクショ
ンに分割し、各セクションを独立したＲＦ電源３０、３
０′によって駆動し、チャンバーの半径方向中央に印加
されるＲＦパワーを、二つの電源の一方を調節して、チ
ャンバーの周辺に相対して増減させる。この特徴を実現
した実施形態を図２２に示し、この場合、コイルアンテ
ナ４０は電気的に半径方向に内側と外側のセクション４
０ａ、４０ｂに分割し、各セクションをそれぞれＲＦ電
源２８、２８ｃによって駆動する。
【００４４】プラズマイオン密度の半径方向分布の調節
は、半導体ウィンドウ電極天井１２を電気的に半径方向
に内側と外側のセクション１２ａ、１２ｂに分割し、各
セクションをそれぞれＲＦ電源２８ｂ、２８ｄによって
駆動し、インナーコイル４０ａ、アウターコイル４０ｂ
の代わりに、あるいはこれらと組み合わせて用いて、容
易にすることができる。電源２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、
２８ｄは、それぞれ他から独立で、それらの任意の一つ
が簡単にＲＦグラウンド（接地）を構成することができ
る。例えば、内側の天井１２ａをＲＦパワーによって駆
動し、外側天井１２ｂを接地して、バイアスＲＦ電源３
４からペデスタル３２によってチャンバーへ容量的に結
合されたＲＦパワーの帰路（リターンパス）とする。
【００４５】ウェーハ中央部近傍における（例えばチャ
ンバー中央部へのＲＦパワーの集中による）処理の不均
一性を補正するため、コイルアンテナ４０ａはその中央
部に適当な直径Ｄの開口部を有する。
【００４６】本発明を特に好ましい実施形態を参照して
説明したが、これには様々な変更や変形が、本発明の精
神と範囲からかけ離れることなく、可能であるものと理
解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に対応する誘導
結合型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図８】本発明の第８実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図９】本発明の第９実施形態に対応する誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１１】本発明の第１１実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１２】本発明の第１２実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１３】本発明の第１３実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１４】本発明の第１４実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１５】本発明の第１５実施形態に対応する誘導結合
型ＲＦプラズマリアクターの概略断面図である。
【図１６】図１に対応し、複数の同心螺旋状導体からな
るコイルインダクターを用いた実施形態を示す概略説明
図である。
【図１７】図５に対応し、複数の同心螺旋状導体からな
るコイルインダクターを用いた実施形態を示す概略説明
図である。
【図１８】図１１に対応し、複数の同心螺旋状導体から
なるコイルインダクターを用いた実施形態を示す概略説
明図である。
【図１９】図１４に対応し、複数の同心螺旋状導体から
なるコイルインダクターを用いた実施形態を示す概略説
明図である。
【図２０】図１９の実施形態の変形であって、インダク
ターの各部が独立してパワー供給を受けるものを示す概
略説明図である。
【図２１】ドーム状の天井に沿った形状のコイルインダ
クターと真円筒形コイルインダクターについて、プラズ
マイオンフラックス密度空間分布を比較した実験データ
のグラフである。
【図２２】半導体の天井が、別々のＲＦ電源によって駆
動される半径方向に内側のセクションと外側のセクショ
ンに分割された実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…側壁、１２…半導体天井、１４…ウェーハペデス
タル、１６…ウェーハ、１８…コイルインダクター、２
０…ＲＦシールド、２２…処理ガス源、２４…ガス入
口、２６…ポンプ、２８…ＲＦ電源（ＲＦ発生器）、３
０…ＲＦ整合回路、４０…コイルインダクター、４２…
ハイブリッドコイルインダクター、４８…開口部。
───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｃ２３Ｃ 14/24 Ｃ２３Ｃ 14/24 Ｔ Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ (72)発明者 ダイアナ シャオビン マ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， キルト コート 19600 (72)発明者 フィリップ サルツマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， フェアグレン ドライヴ 2282 (72)発明者 ピーター ケー． ローヴェンハート アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ロスウッド ドライヴ 1862 (72)発明者 アレン ザウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， カリフォルニア ストリート 1900， ナンバー６ (72)発明者 ケネース コリンズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ナイトシェイヴン ウェイ 165

Claims (93)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を処理するためのプラズマリアクタ
    ーであって、 前記リアクター内で基板を支持するためのペデスタル
    と、 前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なるよう
    に支持された半導体材料製のほぼ円弧状のリアクター壁
    部分と、 前記リアクターの内部にパワーを伝達することができる
    導体と、を備え、 前記壁部分は前記ペデスタルの中央部近傍の直径部の大
    部分にわたって平坦形状に近づき、 前記導体は、前記壁部分近傍の三次元面に倣うととも
    に、前記壁部分の中央部から半径方向に特定距離だけ離
    れた少なくとも一つの領域を有しており、前記領域は前
    記導体の他の部分より大きな程度で前記壁部分より離れ
    ている、プラズマリアクター。
  2. 【請求項２】 前記導体は、前記リアクター壁部分より
    小さい直径の中央開口部を画成する、請求項１に記載の
    プラズマリアクター。
  3. 【請求項３】 前記導体は、前記リアクター壁部分の中
    央近傍において平坦な形状に近づく、請求項１に記載野
    プラズマリアクター。
  4. 【請求項４】 前記壁部分の円弧形状は多半径形状であ
    る、請求項１に記載のプラズマリアクター。
  5. 【請求項５】 前記導体は多半径形状である、請求項１
    に記載のプラズマリアクター。
  6. 【請求項６】 基板を処理するためのプラズマリアクタ
    ーであって、 前記リアクター内で基板を支持するためのペデスタル
    と、 前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なるよう
    に支持された半導体材料製のほぼドーム形のリアクター
    カバーと、 前記カバー近傍の三次元面に倣うとともに、前記リアク
    ターの内部にパワーを伝達することができる導体と、を
    備え、 前記カバーは前記ペデスタルの中央部近傍の直径部の大
    部分にわたって平坦形状に近づき、 前記導体は多半径形状を有し、前記形状は第１半径位置
    において最大曲率半径を有し、前記形状は第１半径位置
    より外側の第２半径位置において最小大曲率半径を有す
    る、プラズマリアクター。
  7. 【請求項７】 前記第１半径位置は前記中央から第１距
    離だけ離れ、前記導体は前記第１距離をもって始まるド
    ームから外側へ延びる、請求項６に記載のプラズマリア
    クター。
  8. 【請求項８】 前記導体の前記形状は前記カバーの形状
    にほぼ倣っている、請求項６に記載のプラズマリアクタ
    ー。
  9. 【請求項９】 前記導体の前記形状は前記カバーの形状
    に倣わない、請求項６に記載のプラズマリアクター。
  10. 【請求項１０】 前記形状の前記第２半径位置は前記ド
    ーム形状のカバーの周辺より内側にある、請求項６に記
    載のプラズマリアクター。
  11. 【請求項１１】 前記導体は、前記第１半径位置にお
    いて前記カバーの近傍に位置するとともに前記第２半径
    位置において前記カバーから離れている、請求項６に記
    載のプラズマリアクター。
  12. 【請求項１２】 ＲＦ電源とともに使用され、基板処理
    用の大気圧以下の処理ガス雰囲気を閉じこめることので
    きるＲＦプラズマリアクターであって、 前記リアクター内で基板を支持するためのペデスタル
    と、 前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なるよう
    な関係にある半導体部分を含むリアクターカバーと、 前記半導体部分の近傍においてその周りに支持された導
    体と、を備え、 前記半導体部分は前記ペデスタルの周辺の近傍における
    最小半径と前記ペデスタルの中央部近傍における最大半
    径を含む第１多半径形状を有し、 前記半導体は、前記導体の中央部の近傍における最大曲
    率半径を含む第２多半径ドーム形状を呈し、前記導体は
    ＲＦ電源からパワーを受け、そのパワーを前記リアクタ
    ーへ伝達して前記リアクター内においてガスからプラズ
    マを維持する、ＲＦプラズマリアクター。
  13. 【請求項１３】 前記導体の形状と前記ドームの形状が
    相互に類似している、請求項１２に記載のＲＦプラズマ
    リアクター。
  14. 【請求項１４】 前記導体の形状が前記ドームの形状に
    倣っている、請求項１３に記載のＲＦプラズマリアクタ
    ー。
  15. 【請求項１５】 前記導体が前記ドームの上に載ってい
    る、請求項１４に記載のＲＦプラズマリアクター。
  16. 【請求項１６】 前記導体の形状が前記ドームの形状と
    異なっている、請求項１２に記載のＲＦプラズマリアク
    ター。
  17. 【請求項１７】 前記導体の形状は、前記カバー部分の
    周辺部の内側においてその最小曲率半径を呈する、請求
    項１２に記載のＲＦプラズマリアクター。
  18. 【請求項１８】 前記導体の形状は、前記カバー部分の
    周辺部の近傍においてその最小曲率半径を呈する、請求
    項１２に記載のＲＦプラズマリアクター。
  19. 【請求項１９】 前記導体は中央開口部を画成する、請
    求項１２に記載のＲＦプラズマリアクター。
  20. 【請求項２０】 制御された環境において基板を処理す
    るためのＲＦプラズマリアクターであって、 前記リアクター内で基板を支持するためのペデスタル
    と、 前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なるよう
    な関係に支持された半導体材料製の円弧状のリアクター
    カバーと、 前記リアクターカバーの近傍の周りにおいて支持され、
    前記リアクターカバーの形状に倣わない形状で三次元面
    を画成する導電材料製の導体と、を備え、 前記導体は、前記制御された環境においてガスからプラ
    ズマを維持することを補助するため、ＲＦパワーをリア
    クター内へ伝達するようになっている、ＲＦプラズマリ
    アクター。
  21. 【請求項２１】 前記導体が多半径ドーム形状を画成す
    る、請求項２０に記載のＲＦプラズマリアクター。
  22. 【請求項２２】 前記導体は、前記導体の周辺の近傍に
    おいて最小曲率半径と、前記導体の中央部近傍において
    最大曲率半径とを画成する、請求項２１に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  23. 【請求項２３】 前記導体の形状は、前記導体の中央部
    近傍において最大曲率半径を画成する、請求項２０に記
    載のＲＦプラズマリアクター。
  24. 【請求項２４】 前記導体の形状はその最小曲率半径を
    前記導体の周辺の内側に画成する、請求項２０に記載の
    ＲＦプラズマリアクター。
  25. 【請求項２５】 前記導体の形状はその最小曲率半径を
    前記導体の周辺の近傍に画成する、請求項２０に記載の
    ＲＦプラズマリアクター。
  26. 【請求項２６】 前記導体は中央開口部を画成する、請
    求項２０に記載のＲＦプラズマリアクター。
  27. 【請求項２７】 前記円弧状のリアクターカバーは多半
    径ドーム形状を有する、請求項２０に記載のＲＦプラズ
    マリアクター。
  28. 【請求項２８】 前記導体は、（ａ）誘導コイルと
    （ｂ）容量電極のいずれか一方である、請求項２０に記
    載のＲＦプラズマリアクター。
  29. 【請求項２９】 制御された処理環境において基板を処
    理するためのＲＦプラズマリアクターであって、 前記リアクター内で基板を支持するためのペデスタル
    と、 前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なるよう
    な関係に配置された半導体材料製のリアクターチャンバ
    ー壁と、 前記半導体壁とペデスタルに対して中央において重なる
    関係において、前記半導体壁の近傍において支持された
    三次元面を画成する導体と、を備え、 前記導体は、前記制御された環境においてガスからプラ
    ズマを維持するため、ＲＦパワーをリアクター内に伝達
    するようになっており、前記導体は中央開口部を画成す
    る、ＲＦプラズマリアクター。
  30. 【請求項３０】 前記カバーと導体は形状模倣形であ
    る、請求項２９に記載のＲＦプラズマリアクター。
  31. 【請求項３１】 前記カバーと導体は形状非模倣形であ
    る、請求項２９に記載のＲＦプラズマリアクター。
  32. 【請求項３２】 非導電性の前記壁は、前記ペデスタル
    に臨む関係にあるドーム形部分を含む、請求項２９に記
    載のＲＦプラズマリアクター。
  33. 【請求項３３】 前記チャンバー壁は、前記ペデスタル
    に臨む関係にある平坦部分を含む、請求項２９に記載の
    ＲＦプラズマリアクター。
  34. 【請求項３４】 前記導体は、前記ペデスタルに芯合わ
    せされたドーム形部分を含む、請求項２９に記載のＲＦ
    プラズマリアクター。
  35. 【請求項３５】 前記導体は、前記ペデスタルに芯合わ
    せされた平坦な部分を含む、請求項２９に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  36. 【請求項３６】 前記導体は、（ａ）誘導コイルと
    （ｂ）容量電極のいずれか一方である、請求項２９に記
    載のＲＦプラズマリアクター。
  37. 【請求項３７】 半導体ウェーハを処理するための誘導
    結合型のＲＦプラズマリアクターであって、 側壁及び天井の少なくとも一方が半導体材料製であるリ
    アクターチャンバーと、 前記チャンバー内で前記ウェーハを支持するためのウェ
    ーハペデスタルと、 前記リアクターチャンバー内へ処理ガスを導入するため
    の手段と、 前記ＲＦ電源に接続された前記リアクターチャンバーに
    隣接したコイルインダクターと、を備え、前記コイルイ
    ンダクターは、 （ａ）前記側壁の一部分に臨み、底部巻線と、前記天井
    の頂上高さに少なくともほぼ対応する頂部巻線からなる
    サイドセクションと、 （ｂ）前記天井の少なくとも実質的部分の上方に横たわ
    るように、前記サイドセクションの前記頂部巻線から半
    径方向内側へ延びるトップセクションと、からなる、Ｒ
    Ｆプラズマリアクター。
  38. 【請求項３８】 前記天井はドーム形天井からなる、請
    求項３７に記載のＲＦプラズマリアクター。
  39. 【請求項３９】 前記ドーム形天井は、前記天井の周辺
    部の近傍に最小曲率半径と前記天井の頂点の近傍に最大
    曲率半径とを有する多半径ドーム形状を有する、請求項
    ３８に記載のＲＦプラズマリアクター。
  40. 【請求項４０】 前記トップセクションは平坦なディス
    ク形コイルである、請求項３７に記載のＲＦプラズマリ
    アクター。
  41. 【請求項４１】 前記サイドセクションは円筒形コイル
    である、請求項４０に記載のＲＦプラズマリアクター。
  42. 【請求項４２】 前記サイドセクションは、半径が下か
    ら上へ小さくなる円錐台形コイルである、請求項４０に
    記載のＲＦプラズマリアクター。
  43. 【請求項４３】 前記サイドセクションは、その半径が
    下から上へ小さくなる曲面形状の巻線である、請求項４
    ０に記載のＲＦプラズマリアクター。
  44. 【請求項４４】 前記頂部巻線は半径方向最内側の巻線
    を有し、前記サイドセクションと前記トップセクション
    は両端を持つ一体連続コイル状導体として形成され、前
    記両端の一方は前記底部巻線の終端であり、前記両端の
    他方は前記トップセクションの前記半径方向最内側の巻
    線の終端である、請求項３７に記載のＲＦプラズマリア
    クター。
  45. 【請求項４５】 前記ＲＦ電源は、前記コイルインダク
    ターの中間部巻線に、前記トップセクションの前記最内
    側巻線と前記サイドセクションの前記底部巻線との間に
    おいて接続され、前記コイルインダクターの両端は接地
    されている、請求項４４に記載のＲＦプラズマリアクタ
    ー。
  46. 【請求項４６】 前記ＲＦ電源は、前記サイドセクショ
    ンの前記頂部巻線に接続され、前記コイルインダクター
    の前記両端は接地されている、請求項４４に記載のＲＦ
    プラズマリアクター。
  47. 【請求項４７】 前記トップセクションの前記最内側巻
    線の半径部は、前記トップセクションの半径部の実質的
    部分を構成し、そのことによって前記トップセクション
    の中央部に空洞を形成する、請求項４４に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  48. 【請求項４８】 前記天井はドーム形天井からなる、請
    求項４４に記載のＲＦプラズマリアクター。
  49. 【請求項４９】 前記ドーム形天井は、前記天井の周辺
    部の近傍に最小曲率半径と前記天井の頂点の近傍に最大
    曲率半径とを有する多半径ドーム形状を有する、請求項
    ４８に記載のＲＦプラズマリアクター。
  50. 【請求項５０】 前記トップセクションと前記サイドセ
    クションとは別々の巻線であり、前記ＲＦ電源は一対の
    独立したＲＦ電源からなり、前記独立した各ＲＦ電源は
    前記トップセクションと前記サイドセクションのそれぞ
    れに接続され、前記トップセクションと前記サイドセク
    ションの各々においてＲＦパワーを独立してコントロー
    ルできるようになっている、請求項３７に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  51. 【請求項５１】 前記トップセクションは、前記サイド
    セクションの前記頂部巻線に隣接する半径方向最内側巻
    線と半径方向最外側巻線からなる、請求項５０に記載の
    ＲＦプラズマリアクター。
  52. 【請求項５２】 前記トップセクションの前記半径方向
    最内側巻線と前記サイドセクションの前記底部巻線はそ
    れぞれの端において接地され、前記独立した両ＲＦ電源
    の一方はその端において前記トップセクションの前記半
    径方向最外側巻線に接続され、前記独立した両ＲＦ電源
    の他方はその端において前記サイドセクションの前記頂
    部巻線に接続されている、請求項５１に記載のＲＦプラ
    ズマリアクター。
  53. 【請求項５３】 前記天井はドーム形天井からなる、請
    求項５０に記載のＲＦプラズマリアクター。
  54. 【請求項５４】 前記ドーム形天井は、前記天井の周辺
    部の近傍に最小曲率半径と前記天井の頂点の近傍に最大
    曲率半径とを有する多半径ドーム形状を有する、請求項
    ５３に記載のＲＦプラズマリアクター。
  55. 【請求項５５】 前記ウェーハペデスタルに接続された
    バイアスＲＦ電源を更に含み、前記バイアスＲＦ電源は
    前記ＲＦ電源から独立し、そのことによって前記コイル
    インダクターと前記ウェーハペデスタルに印加されるそ
    れぞれのＲＦパワーレベルが独立的に調節可能であり、
    エッチ率とプラズマ直流バイアスが独立的に選択可能で
    ある、請求項３７〜５４のいずれか１項に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  56. 【請求項５６】 半導体ウェーハを処理するための誘導
    結合型のＲＦプラズマリアクターであって、 側壁と半導体製ドーム形天井を有するリアクターチャン
    バーと、 前記チャンバー内でウェーハを支持するためのウェーハ
    ペデスタルと、 ＲＦ電源と、 前記リアクターチャンバー内に処理ガスを導入するため
    の手段と、 前記ＲＦ電源に接続された前記リアクターチャンバーに
    隣接するコイルインダクターと、 前記ウェーハペデスタルに接続されたバイアスＲＦ電源
    と、 を備え、 前記ドーム形天井は、前記天井の周辺部の近傍に最小曲
    率半径と前記天井の頂部の近傍に最小曲率半径とを有す
    る多半径ドーム形状であり、 前記コイルインダクターは、前記側壁の一部分に臨むと
    ともに底部巻線と頂部巻線からなるサイドセクションか
    らなり、前記頂部巻線は前記天井の頂上高さに少なくと
    もほぼ対応する高さにあり、 前記バイアスＲＦ電源は前記ＲＦ電源から独立し、その
    ことによって前記コイルインダクターと前記ウェーハペ
    デスタルに印加されるそれぞれのＲＦパワーレベルが独
    立的に調節可能であり、エッチ率とプラズマ直流バイア
    スが独立的に選択可能である、ＲＦプラズマリアクタ
    ー。
  57. 【請求項５７】 前記サイドセクションは円筒形コイル
    である、請求項５６に記載のＲＦプラズマリアクター。
  58. 【請求項５８】 前記サイドセクションは、半径が下か
    ら上へ小さくなる円錐台形コイルである、請求項５６に
    記載のＲＦプラズマリアクター。
  59. 【請求項５９】 前記サイドセクションは、その半径が
    下から上へ小さくなる曲面形状の巻線である、請求項５
    ６に記載のＲＦプラズマリアクター。
  60. 【請求項６０】 前記サイドセクションは、前記頂部巻
    線と前記底部巻線の間に中間部巻線を更に備え、前記頂
    部巻線と前記底部巻線はそれらの端において接地され、
    前記ＲＦ電源は前記中間部巻線に接続されている、請求
    項５６に記載のＲＦプラズマリアクター。
  61. 【請求項６１】 前記中間部巻線は前記頂部巻線と前記
    底部巻線の中間にあり、もって前記インダクターコイル
    はミラーコイルを構成する、請求項６０に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  62. 【請求項６２】 多半径半導体製ドーム形天井を含むリ
    アクターチャンバーと、 ウェーハを処理するため前記チャンバー内でウェーハを
    支持するためのウェーハペデスタルと、 前記チャンバー内に処理ガスを導入するための手段と、 ＲＦ電源と、 前記ＲＦ電源に接続された三次元面に倣い、前記ドーム
    形天井に倣う形状から真円筒形に至るまでの形状範囲に
    ある導体と、を備えるプラズマリアクター。
  63. 【請求項６３】 前記ＲＦ電源は、複数の独立したＲＦ
    電源からなり、前記導体は前記複数の独立したＲＦ電源
    に１対１で接続された複数の独立した導体セクションか
    らなる、請求項６２に記載のプラズマリアクター。
  64. 【請求項６４】 前記導体は複数の同心の螺旋状コイル
    からなる、請求項６２に記載のプラズマリアクター。
  65. 【請求項６５】 前記導体は、対向巻きされるとともに
    前記ＲＦ電源間で接続された複数の誘導コイルセクショ
    ンからなる、請求項６２に記載のプラズマリアクター。
  66. 【請求項６６】前記多半径ドーム天井は、プラズマイオ
    ン密度の所要の空間分布に対応する天井形状を決定する
    多半径を有する、請求項６２に記載のプラズマリアクタ
    ー。
  67. 【請求項６７】 前記導体の形状は、前記導体が、前記
    チャンバーの上方に少なくとも横たわる浅い上部部分
    と、前記上部部分から下方へ延びる急峻な下部部分を含
    む、請求項６２に記載のプラズマリアクター。
  68. 【請求項６８】 前記導体の形状は少なくとも部分的に
    ドーム形である、請求項６２に記載のプラズマリアクタ
    ー。
  69. 【請求項６９】 前記急峻な下部部分は円錐台である、
    請求項６７に記載のプラズマリアクター。
  70. 【請求項７０】 前記急峻な下部部分は円筒である、請
    求項６７に記載のプラズマリアクター。
  71. 【請求項７１】 前記急峻な下部部分はドーム形であ
    る、請求項６７に記載のプラズマリアクター。
  72. 【請求項７２】 第１ＲＦ電源とともに使用するように
    なっており、且つ、基板処理用の大気圧以下の処理ガス
    環境を閉じ込めるようになっているＲＦプラズマリアク
    ターであって、 ａ）半導体製ドーム形天井を有するリアクターチャンバ
    ーを備え、 前記天井は、前記天井の周辺部の近傍に最小曲率半径と
    前記天井の頂点の近傍に最小曲率半径とを有する多半径
    ドーム形状であり、 ｂ）前記チャンバー内において処理される基板を支持す
    るため、前記チャンバーと天井の内部中央に置かれたペ
    デスタルを備え、 ｃ）前記リアクターチャンバーに隣接してその周りに支
    持された三次元面を画成するとともに、第１ＲＦパワー
    に接続されて前記パワーをチャンバー内部へ伝達して処
    理ガスからプラズマを形成するようになされた導体を備
    え、 前記導体はその一端においてほぼ軸方向に前記ドームの
    周りに並列配置され、その他端においてほぼ半径方向内
    側に前記頂点に向けて配置されており、 ｄ）もって、前記ドームと導体の構成が、処理される基
    板全体にわたってプラズマイオン密度の均一性を最適化
    する、ＲＦプラズマリアクター。
  73. 【請求項７３】 前記導体は、それぞれ半径方向に分か
    れたセクションを含み、各セクションにはＲＦパワーが
    供給されて前記セクション間においてＲＦパワー比を変
    え、処理中の基板全体にわたる前記均一性を更に最適化
    する、請求項７２に記載のＲＦプラズマリアクター。
  74. 【請求項７４】 前記リアクターは更に第２ＲＦ電源と
    ともに用いられ、前記ペデスタルは第２ＲＦ電源に接続
    可能にされ、そのことによってパワーを前記導体に印加
    でき、前記ペデスタルに印加されたパワーを独立的に調
    節でき、所要のエッチ率とプラズマバイアスの選択を改
    善できるようになっている、請求項７２に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  75. 【請求項７５】 前記導体のほぼ軸方向に延びる形状が
    円筒形を画成する、請求項７２に記載のＲＦプラズマリ
    アクター。
  76. 【請求項７６】 前記導体のほぼ軸方向に延びる形状が
    円錐台形を画成する、請求項７２に記載のＲＦプラズマ
    リアクター。
  77. 【請求項７７】 前記導体のほぼ軸方向に延びる形状
    が、前記一端の近傍位置から他端に向かって半径が減少
    する局面形状の導体セクションを画成する、請求項７２
    に記載のＲＦプラズマリアクター。
  78. 【請求項７８】 ＲＦ電源とともに使用し、基板処理用
    の大気圧以下の処理ガス環境を閉じ込めることができる
    ＲＦプラズマリアクターであって、 ａ）リアクター内で基板を支持するためのウェーハペデ
    スタルを備え、 ｂ）前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なる
    ような関係に支持された半導体材料製の多半径ドーム形
    部分を含むリアクターカバーを備え、 ｃ）前記多半径ドーム形状は、前記ペデスタルの周辺部
    の近傍において最大曲率半径と前記ペデスタルの中央部
    の近傍において最小曲率半径とを有し、 ｄ）前記半導体カバー部分の近傍の周りに支持された三
    次元面を画成する導体を備え、 前記導体はＲＦ電源がらパワーを受け、そのパワーを前
    記リアクターに伝達してリアクター内においてガスから
    プラズマを維持する、ＲＦプラズマリアクター。
  79. 【請求項７９】 前記ドーム形カバー部分の半径の大部
    分に関して、曲率半径は前記最小曲率半径よりも前記最
    大曲率半径に著しく近い、請求項７８に記載のＲＦプラ
    ズマリアクター。
  80. 【請求項８０】 前記導体の形状は前記多半径ドーム形
    状と異なり、前記ペデスタル全体にわたってプラズマイ
    オン密度の均一性を最適化するように選ばれている、請
    求項７８に記載のＲＦプラズマリアクター。
  81. 【請求項８１】 前記導体の形状は、前記ドーム形カバ
    ー部分の周辺の近傍において、その曲率半径が、前記ド
    ーム形カバー部分の複数のセクションの近傍の曲率半径
    より大きいが、前記ドーム形カバー部分の中央部の近傍
    において、前記ドーム形カバー部分の複数のセクション
    の近傍の曲率半径に近づく、請求項７８に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  82. 【請求項８２】 前記導体は、複数の誘導コイル巻線か
    らなり、各巻線は電気的に並列であって、それぞれ前記
    ドーム形カバー部分に関して別々の位置において始まり
    かつ終わる、請求項７８に記載のＲＦプラズマリアクタ
    ー。
  83. 【請求項８３】 前記導体は、複数のセクションからな
    り、各セクションは他のセクションと同じパワーレベル
    の他に、他のセクションと異なるパワーレベルも受ける
    ようになされた、請求項７８に記載のＲＦプラズマリア
    クター。
  84. 【請求項８４】 前記カバーを支持する円筒形側壁を更
    に備え、前記基板は前記ペデスタルの周囲の形状に倣っ
    た円盤状であり、前記周囲は前記側壁の同一面部分から
    約１０ｃｍ程度離れている、請求項７８に記載のＲＦプ
    ラズマリアクター。
  85. 【請求項８５】 ａ）リアクター内で基板を支持するた
    めのウェーハペデスタルを備え、 ｂ）前記ペデスタルに臨むとともに間隔を空けて重なる
    ような関係に支持された半導体材料製のほぼ円弧形状の
    リアクターカバーを備え、 ｃ）前記カバーは前記ペデスタルの中央部の近傍におけ
    るその直径の実質的な部分にわたって平面形状に近づ
    き、 ｄ）前記カバーの近傍における三次元面を画成し、リア
    クター内部へパワー伝達可能な導体を備え、 ｅ）前記導体は前記カバーの中央部から半径方向に離れ
    た少なくとも一つの領域を有し、この領域は前記コイル
    の他の領域より大きな程度で前記カバーから離れてお
    り、 ｆ）もって前記カバーとインダクターの形状は前記ペデ
    スタル全体にわたってプラズマイオン密度の均一性を最
    適化する、基板処理用のプラズマリアクター。
  86. 【請求項８６】 前記リアクターは前記カバーを支持す
    る円筒形側壁を更に備え、 前記基板は前記ペデスタルの周囲の形状に倣った円盤状
    であり、前記周囲は前記側壁の同一面部分から約１０ｃ
    ｍ程度離れている、請求項８５に記載のプラズマリアク
    ター。
  87. 【請求項８７】 前記半導体製カバーに接続された天井
    ＲＦ電源を更に備えている、請求項８５に記載のプラズ
    マリアクター。
  88. 【請求項８８】 前記半導体製カバーは電気的に別々の
    半径方向に内側のセクションと外側のセクションに分割
    されている、請求項８５に記載のプラズマリアクター。
  89. 【請求項８９】前記カバーの前記内側のセクションと外
    側のセクションにそれぞれ接続されている各ＲＦ電源を
    更に備えている、請求項８８に記載のプラズマリアクタ
    ー。
  90. 【請求項９０】 前記導体は電気的に別々の半径方向に
    内側のセクションと外側のセクションに分割されてい
    る、請求項８５に記載のプラズマリアクター。
  91. 【請求項９１】 前記ＲＦ電源は、前記導体の内側セク
    ションと外側セクションにそれぞれ接続されている、そ
    れぞれ独立した複数のＲＦ電源からなる、請求項９０に
    記載のプラズマリアクター。
  92. 【請求項９２】 前記導体は誘導アンテナからなる、請
    求項９１に記載のプラズマリアクター。
  93. 【請求項９３】 前記導体は、前記カバーの頂点のほぼ
    上方に横たわる中央開口部を有する誘導コイルアンテナ
    からなる、請求項８５に記載のプラズマリアクター。
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