誘導プラズマ源
実施形態に係るプラズマ処理装置は、壁により境界された処理チャンバと、処理チャンバ内に設けられた基体ホルダと、チャンバ壁の外側の誘導ＲＦエネルギーアプリケータとを有する。誘導ＲＦエネルギーアプリケータは１つまたは複数のＲＦ誘導結合素子（ＩＣＥ）を有する。各誘導結合素子は、アプリケータ壁上の薄い誘電体窓の直近の磁束集中器を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国仮特許出願番号第６１／２３６，０８１号（２００９年８月２１日出願）に基づく優先権の利益を主張するものであり、当該出願は全ての目的に関して本明細書中に参照により含まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ生成に関し、より詳細には、高い結合効率を有するプラズマ源において処理する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
低圧の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、集積回路、マイクロメカニカルデバイス、フラットパネルディスプレイや他のデバイスなどのデバイスの製造に用いられている。ＩＣＰにおける電流は関連するスカラー電圧差のない起電力により駆動されるため、誘導結合はこれらの用途に関して容量結合よりも好ましい。一方で、容量結合は種々の面に相対的にプラズマ電位を増加させる傾向があり、プラズマと処理チャンバの種々の面との間に、寄生電流、放電、アーク放電および／または他の望ましくない電流を生じる。容量結合は大電圧を生じ（すなわち、プラズマ電位を増加させ）、イオンを表面上へと高いエネルギーで加速させる。これにより、容量結合により、表面金属はスパッタリングされ、処理チャンバ内に汚染物が発生し、および／または、基体上のデバイスが損傷する可能性がある。さらに、統計的加熱による容量結合は、プラズマ密度が増加し、シースがより薄くなると、急速に減少するため、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタは生成可能なプラズマの密度に制限がある。
【０００４】
一般に、処理に用いられるＩＣＰはアプリケータ（しばしばアンテナともいわれる）によりプラズマ処理装置内に維持され、プラズマ処理装置の大きな誘電体窓を介して高周波電磁エネルギーを結合させる。ある装置では、アプリケータは単一のコイルである。また他のＩＣＰ処理装置は複数のコイルを備える。誘電体窓は、通常、比較的低損失の材料、たとえば、石英、アルミナ、他のセラミックから構成される。
【０００５】
プラズマ処理は、しばしば比較的低圧で行われる。たとえば、プラズマエッチングおよび／またはプラズマ支援ＣＶＤに関する予め定めた作用圧力は、用途に依存して、たとえば、０．１ミリトール〜１００トールの範囲である。しかし、この範囲外の圧力も用途によっては用いられる。
【０００６】
従来のＩＣＰ処理装置における大きな誘電体窓は、一般に、処理チャンバの上面を覆うように設けられている。この誘電体窓を介して結合された電磁束により、窓の下方のチャンバガス内のＩＣＰに電力を供給することができる。処理されるワークまたは基体は、一般に、誘電体窓の下方、チャンバ内の基体ホルダまたはチャック上に横方向に支持される。ＩＣＰ処理装置の中にはドーム状の窓が用いられているものもあるが、誘電体窓は平坦なものであってよい。
【０００７】
電磁理論によれば、誘導結合プラズマ電流は、電流搬送プラズマ空間を囲む高周波磁束における周期的変化により生じる起電力（ＥＭＦ）によりエネルギー供給される。しかし、従来の処理装置は、プラズマの電流搬送領域を囲む磁束の量を最適化するためではなく、強い磁場を提供するようしばしば設計されていた。起電力はプラズマの電流搬送領域を囲む磁束の積分量に比例するため、強い磁場線を有することのみでは、効率的な結合は保証されない。
【０００８】
デバイス製造用のプラズマエッチングやプラズマ支援ＣＶＤなどの多くの用途では、処理される基体の種々の領域の上方に比較的均一なプラズマを形成することが不可欠である。均一性に関して、平坦な窓によれば、プラズマが電力を受ける種々の位置と基体ホルダ上のワークとの間の比較的均一な距離が得られるため、平坦な誘電体窓がドーム状の窓よりもしばしば好ましい。しかし、平坦な窓の上のＲＦエネルギーアプリケータを拡張可能なものとし、および／または、比較的大きな基体領域の上方の効率的な結合および均一なプラズマ密度を実現することは困難であった。
【０００９】
広い領域を覆う厚い窓を介して電力が結合される場合、様々な問題が生じうる。真空処理チャンバの上部を覆う平坦な誘電体窓は、外側の周囲圧力とチャンバ内の真空との間の差により生じる機械的な力に耐える程度に十分厚くなければならない。平坦な直径３００ｍｍの半導体ウェハを処理するのに十分大きいチャンバを覆う石英窓（典型的にはこのような窓は直径約０．５ｍである）は、この圧力に耐え、かつ、許容される安全域を提供するために少なくとも数ｃｍの厚さでなければならない。実際、約２〜５ｃｍの厚さが一般に用いられている。さらに、チャンバがより大きい基体サイズを処理するために拡張されると、誘電体窓の厚さに関する制約はチャンバの直径に比例して増す。
【００１０】
厚い窓を介してプラズマ結合を行うことは非効率的であった。チャンバ空間上の厚い誘電体窓（たとえば１ｃｍ以上）に隣接するアプリケータコイルでは、生成されるかなりの割合の磁束線は、全体として、窓の中をループしてしまい、プラズマを構成する内側のチャンバ空間に達しないかおよび／またはほとんど達しない。磁束が局所化プラズマ電流を囲まない場合、電力結合はしばしば弱く、非効率である。
【００１１】
弱い結合を和らげるため、プラズマ中に予め定めた量のプラズマを結合するようアプリケータは比較的高いＲＦ電圧によって電力供給する必要がある。このような高いＲＦ電圧は、有害なアーク放電および／または火花発生を引き起こすため、および、マッチングおよび電力結合システムにおける電力損失量は通常印加電圧の二乗となるため、問題である。さらに、高電圧では、純粋に誘導モードにおいて操作すること、および、実質的な容量結合を避けることが困難となり、または、実現不可能となりうる。これは、処理が比較的低い密度の誘導結合プラズマを必要とする場合に特に問題である。さらに、アプリケータおよび／またはマッチングネットワークにおける比較的高い電力損失により、プラズマを不安定なものとしうる。
【００１２】
単一のコイル要素を有する誘導ＲＦエネルギーアプリケータを拡張することは困難である。１つの困難性は、コイル巻線のインダクタンスはその直径に比例して増加するという物理法則から生じる。アプリケータコイルに予め定めた電流を励起するために必要なＲＦ電力はそのインダクタンスに比例するため、特に均一に空間配置された巻線が存在する場合には、大きなコイルに電力供給するためには比例しない高ＲＦ電圧が必要であることは明らかである。この問題は、窓の上に分散された、それぞれ比較的低いインダクタンスを有するより小さい複数の誘導結合コイル素子を有するアプリケータを用いることにより部分的に緩和される。
【００１３】
チャンバ内に達する磁束の相対量を増加させて、結合を改善するため、従来のＩＣＰアプリケータのコイルはプラズマの近くに配置されていた。たとえば、ＵＳＰ６，２５９，３０９（Ｂｈａｒｄｗａｊら）ではチャンバ上部壁の上の、狭く薄い誘電体窓の直上に従来の平面状の環状コイルが配置されている。周囲圧力を阻止するために十分な強さを有する個別の構造によって、狭い誘電体リングが支持されていた。
【００１４】
この従来の構造によれば、窓を介してより量の多い磁束が達するようにすることができるが、残りの磁束線は、全体として、窓に平行に、窓の直近の薄い層内に存在する。
【００１５】
誘電体窓に隣接する種々の位置に配置された異なる複数のアプリケータコイルに選択された量の電流を向けることにより、プラズマ処理装置内の空間均一性が改善可能であることが提案されていた。しかし、個々のコイル電流と各コイルに隣接するプラズマ密度との間には、比較的低い空間的な相関しか存在しないことが測定により示されていた。
【００１６】
さらに、選択された電力量を異なるコイルに向けることは、典型的には、既存のアプリケータにおいて、コイルに関するマッチングネットワークにおいて行われる電力測定に基づいて行われ、プラズマに供給される有効電力に基づいて行われない。これらの電力測定は、コイルに印加される電流の変化に非常に敏感な場合がある。さらに、コイルの損失、アンテナケージの損失、隣接するコイル同士の干渉およびチャンバ内での損失を考慮しなければならない。パラメタは各コイルおよびアプリケータについて異なり、処理パラメタをコイル毎、および、アプリケータ毎に微調整する必要がある。つまり、このアプローチは問題であった。
【００１７】
プラズマの不均一性は、不均一な供給ガスの導入からも生じる。容量プラズマ処理装置では、ワーク支持体上のアプリケータ電極は、処理チャンバに均一に供給ガスを選択的に導入するために用いられる「シャワーヘッド」ガス分散孔を有する。しかし、比較的厚い平坦なまたはドーム状の誘電体窓を有するＩＣＰ処理装置において、構造的／機械的制約および／またはコストにより、このような窓に供給ガス孔を設けることは実用的ではなかった。さらに、供給ガス注入孔をアプリケータコイルの近くに配置することにより、処理チャンバに入る供給ガスの前の、供給ガスと相互作用する電磁エネルギーが生じうる。すなわち、供給ガスは、通常、他の方法でプラズマ処理装置に導入されていた。
【００１８】
たとえば、基体の周縁の回りおよび／または基体ホルダの下方の種々の位置に設けられた複数の供給インジェクタを介して処理チャンバ内に供給ガスが導入されるＩＣＰ処理装置も存在する。このような手段を用いて基体の上方に均一なガス分散を実現することは比較的困難であった。さらに、チャンバ内に挿し込まれるインジェクタはプラズマの均一性を低下させる。
【００１９】
さらに、プラズマの不均一性は、プラズマとコイルとの寄生容量結合から生じうる。コイルとＩＣＰとの間の電磁シールドまたはファラデーシールドを、プラズマとコイルとの容量結合を低減するために用いることができる。しかし、ファラデーシールドは、誘導結合を大きく低減させ、ＲＦ電力における大きな損失を与える可能性があり、したがって、アプリケータに関する低減されたＩＣＰ伝送効率を生じさせる。このようなシールドが結合効率を低下させる１つの基本的な理由は、シールドが薄すぎない限り、誘導結合素子と誘電体窓との間にシールドを介在させることが基本的にアプリケータとチャンバの内側との分離を増加させることである。ＵＳＰ６，０５６，８４８（Ｄａｖｉｅｔら）には薄膜の静電シールドが開示されており、この静電シールドは、容量結合が実質的に減少される一方で、プラズマが維持されるために、当該シールドを介して誘導電力が通過する程度に電磁的に薄い。しかし、本発明者らは、（チャンバ内側から結合素子を最小限に移動させるために）機械的に薄いが、電磁的に厚いシールドも、優れた性能を有することを見いだした。さらに、既存のファラデーシールドは容量結合を排除するために有効でありえるが、時には、スパッタリングを排除するために容量結合を低減することだけでなく、必要に応じて、小さく標的されたプラズマの不均一性を形成し、プラズマの点火を補助するためにいくぶんかの容量結合を残すことも望ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】ＵＳＰ６，２５９，３０９
【特許文献２】ＵＳＰ６，０５６，８４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
高い結合性を実現し、および／または、大型の基体サイズの処理用に拡張可能なＩＣＰ処理装置および方法に対する長年のニーズが存在していた。また、高い電力伝送効率および広い領域にわたる処理均一性の高いレベルを提供するＩＣＰ処理装置および方法に対するニーズが存在していた。さらに、低い電力および／または低いプラズマ密度において安定な拡張可能なＩＣＰ処理装置および方法に対する長年のニーズが存在する。さらにまた、ＩＣＰに供給される有効電力に基づいた電力制御を提供するＩＣＰ処理装置および方法に対するニーズが存在する。広い領域にわたって予め選択された供給ガス分散を実現可能であり、かつ、寄生容量結合を効率的に管理可能なＩＣＰ処理装置および方法は特に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の態様および利点は、以下の詳細な説明において記載されており、または、場合によりこの詳細な説明から自明であり、または、場合により本発明の実施を通じて学ぶことができる。
【００２３】
本発明の１つの例示的実施形態は、プラズマ中で基体を処理する装置に関する。この装置は、処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダとを備える。この装置はさらに、処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備える。この装置はさらに、処理チャンバの外側に設けられた誘導アプリケータを備える。誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、有利な実施形態では、複数の誘導結合素子を有する。誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器と、を有する。磁束集中器は第１の極領域および第２の極領域を有する。第１の極領域および第２の極領域は全体として少なくとも１つの誘電体窓に面する。誘導結合素子は、磁束集中器を少なくとも部分的に囲む導電シールドをさらに有する。有利な実施形態では、導電シールドは、たとえば、アルミニウム、銅、銀または金から構成されている。
【００２４】
上記有利な実施形態の態様によれば、誘導結合素子がエネルギー供給されたとき、ＲＦ周波数の磁束が磁束集中器から直接処理チャンバの内側に放射され、磁束の実質的な一部は第１の極領域から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側に発せられ、かつ、磁束の実質的な一部は処理チャンバの内側から少なくとも１つの誘電体窓を介して磁束集中器の第２の極領域に戻る。
【００２５】
上記例示的実施形態の変形例では、たとえば、第１の極領域および第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられている。第１の極領域および第２の極領域は処理チャンバの内側からギャップ距離の約１／２未満、好ましくは、約１／４未満の位置、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている。たとえば、有利な実施形態では、磁束集中器は少なくとも１つの静電窓の上に設けられている。誘電体窓の厚さは、たとえば、ギャップ距離の約１／４未満、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満である。
【００２６】
上記例示的実施形態の別の変形例では、この装置は、処理ガスを処理チャンバの内側に供給するよう構成された複数のガス供給導管をさらに備えてよい。複数のガス供給導管の少なくとも１つは、誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して処理チャンバの内側に処理ガスを供給可能である。誘導結合素子の導電シールドは、誘導結合素子のコイル部分を複数のガス供給導管の少なくとも１つから分離することができる。有利な実施形態では、複数のガス供給導管の少なくとも１つは、予め選択された流速の処理ガスを処理チャンバの内側へ通すよう制御されるよう構成可能である。
【００２７】
上記例示的実施形態のさらに別の変形例では、誘導結合素子は、マッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介してＲＦエネルギー源に接続されている。この装置は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を備えてよい。この装置は、電力測定装置から受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、誘導結合素子に供給されるＲＦ電力を制御するよう構成された制御ループを備えてよい。
【００２８】
上記例示的実施形態のまた別の変形例では、この装置は誘導結合素子と処理チャンバの内側との間の、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた静電シールドをさらに備えてよい。静電シールドは、たとえば、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する。薄い金属ストリップのそれぞれは、たとえば、誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向に設けられている。有利な実施形態では、薄い金属ストリップのアレイは、たとえば切断されまたは切断されていない導電ループにより接続されている。この有利な実施形態の変形例では、導電ループは接地されているか、浮動状態にあるか、または、電圧源に接続されていてよい。上記例示的実施形態の別の変形例では、静電シールドはたとえば誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有してよい。不連続部分のサイズおよび構造はたとえば循環電流を阻止するために十分なものである。
【００２９】
本発明の別の例示的実施形態は、基体の処理方法に関する。この方法は、処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、処理チャンバ内を１００トール未満の予め定めた圧力に維持するステップと、処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、処理チャンバの外側の少なくとも１つの誘導アプリケータをＲＦ電力でもってエネルギー供給するステップと、処理チャンバ内で誘導プラズマにより基体を処理するステップと、を含む。
【００３０】
上記例示的実施形態の有利な態様では、処理チャンバは処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備える。誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有する。少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器とを有する。磁束集中器は、第１の極領域および第２の極領域を有する。第１の極領域および第２の極領域は、全体として少なくとも１つの誘電体窓に面する。誘導結合素子は、磁束集中器の近傍に設けられた導電シールドを有する。有利な実施形態では、導電シールドは、たとえば、金、アルミニウム、銅または銀から構成されている。
【００３１】
上記例示的実施形態の更に有利な態様では、誘導結合素子は、磁束集中器から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側にＲＦ周波数の磁束を直接循環させ、磁束の実質的な一部は第１の極領域から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側に発せられ、かつ、磁束の実質的な一部は処理チャンバの内側から少なくとも１つの誘電体窓を介して磁束集中器の第２の極領域に戻る。
【００３２】
上記例示的実施形態の変形例では、たとえば、第１の極領域および第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられている。第１の極領域および第２の極領域は処理チャンバの内側からギャップ距離の約１／４未満、たとえば、約１／８未満の位置に設けられている。たとえば、有利な実施形態では、磁束集中器はたとえば少なくとも１つの誘電体窓の上に設けられている。少なくとも１つの誘電体窓は、ギャップ距離の約１／４未満、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する。
【００３３】
上記例示的実施形態の別の変形例では、この方法は、所定のプラズマプロファイルを実現するために、複数の誘導結合素子に電力を選択的に分散させるステップをさらに含んでよい。有利な実施形態では、選択的に電力を分散させるステップは、ＲＦエネルギー源からマッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介して複数の誘導結合素子の少なくとも１つにエネルギー供給するステップと、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を用いて、複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給される有効電力を測定するステップと、を含んでよい。この方法は、電力測定装置を用いて測定された電力に少なくとも基づいてプラズマに供給される有効電力を決定するステップと、プラズマに供給される有効電力に少なくとも部分的に基づいて、ＲＦ電力源から複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給されるエネルギーを制御するステップと、をさらに含んでよい。
【００３４】
上記例示的実施形態の他の変形例では、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップは、処理チャンバの内側に処理ガスを供給するよう構成された複数のガス供給導管を介して処理ガスを通すステップを含んでよい。複数のガス供給導管の少なくとも１つは、誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して処理チャンバの内側にガスを供給可能である。この方法は、プラズマ中の荷電種または中性種の分散を空間的に調節するために、複数のガス供給導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップをさらに含んでよい。
【００３５】
上記例示的実施形態のさらに別の実施形態では、処理装置は、誘導結合素子と少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備えてよい。静電シールドは、たとえば、誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向の、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する。有利な実施形態では、たとえば、薄い金属ストリップの複数のアレイが少なくとも１つの導電ループにより結合されている。この方法は、処理チャンバの内側の容量結合プラズマを調節するために、少なくとも１つの導電ループに印加される電圧を調整するステップを含んでよい。上記例示的実施形態の別の変形例では、たとえば、静電シールドは誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートはたとえば少なくとも１つの不連続部分を有する。不連続部分のサイズおよび構造は循環電流を阻止するために十分なものである。
【００３６】
本発明の更に別の例示的実施形態は、プラズマ処理装置中で基体を処理する方法に関する。プラズマ処理装置は、少なくとも１つの誘導コイルを有するＲＦエネルギーアプリケータを備える。誘導コイルはたとえば少なくとも１つの共振コンデンサに接続されて、共振コイル回路を形成する。この方法は、処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、ＲＦエネルギー源からのＲＦエネルギーをマッチング回路および共振コンデンサを介して少なくとも１つの誘導コイルに送るステップと、実質的な誘導プラズマに供給される有効電力を決定するステップと、実質的な誘導プラズマに供給される有効電力に基づいて少なくとも１つの誘導コイルにおけるＲＦエネルギーを調節するステップと、を含む。この例示的実施形態の変形例において、プラズマに供給される有効電力は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に設けられた電力測定装置による電力測定に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００３７】
本発明の別の例示的実施形態は、プラズマ中で基体を処理する装置に関する。この装置は、処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダとを有する。この装置は、さらに、ＲＦエネルギー源と、ＲＦエネルギー源に接続されたマッチング回路と、マッチング回路に接続された少なくとも１つの共振コンデンサとを有する。この装置は、少なくとも１つの誘導結合素子を有する、処理装置の外側に設けられた誘導アプリケータをさらに有する。誘導結合素子は、少なくとも１つの共振コンデンサおよびマッチング回路を介してＲＦエネルギー源に接続された少なくとも１つのコイルを有する。この装置は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間の有効電力を測定する電力測定装置をさらに有する。
【００３８】
上記例示的実施形態の変形例において、この装置は、電力測定装置により測定される有効電力に少なくとも部分的に基づいて誘導結合素子に印加されるエネルギーを調整するよう構成された制御ループをさらに有する。
【００３９】
本発明の更に別の例示的実施形態は、複数の誘導結合素子および複数の供給ガス導管を有するプラズマ処理装置内で基体を処理する方法に関する。この方法は、所定のプラズマプロファイルを実現するために、複数の誘導結合素子に選択的に電力を分散させるステップと、プラズマ中の荷電種および中性種の分散を空間的に調節するために、複数の供給ガス導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップとを含む。
【００４０】
本発明のさらに他の例示的実施形態は、プラズマ処理装置とともに使用するための静電シールドに関する。静電シールドは少なくとも１つのコイルを含む誘導結合素子と処理チャンバの内側との間に設けられるよう構成されている。
【００４１】
上記例示的実施形態の変形例では、静電シールドは、誘導結合素子の少なくとも１つに垂直な方向に設けられた薄い金属ストリップのアレイを含む。静電シールドは、たとえば少なくとも１つの導電ループを有する。有利な実施形態では、導電ループはたとえば切断されている。この特別な実施形態の変形例では、導電ループは、たとえば、接地されているか、浮動状態にあるか、または、特定の電圧に維持されている。
【００４２】
上記例示的実施形態の別の変形例では、静電シールドは、たとえば、誘電結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートは、たとえば、少なくとも１つの不連続部分を有する。この不連続部分のサイズおよび構成はたとえば循環電流を阻止するのに十分なものである。
【００４３】
本発明の、これらのおよび他の特徴、態様および利点は以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲により、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、この詳細な説明に含まれかつその一部を構成し、詳細な説明とともに本発明の実施形態を例示し、本発明の基本を説明するために役立つものである。
【００４４】
当業者に向けられた、本発明の完全かつ実施可能な開示は、その最良の形態を含め、添付図面を参照して、詳細な説明に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図１Ｃ】本発明の別の実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図２】図１Ａに示されるアプリケータ壁の、上方から見た簡略化された断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るチャンバのアプリケータ壁上の薄い誘電体窓に隣接して設けられた全体としてＵ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの例示的な誘導結合素子の簡略化された断面図である。
【図３Ｃ】チャンバのアプリケータ壁上の厚い誘電体窓に隣接して設けられた全体としてＵ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係るチャンバのアプリケータ壁上の全体としてＥ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図５】本発明の例示的実施形態に係るシリンダ状の処理チャンバのアプリケータ壁上の簡略化された内側図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に係る誘導結合素子に電力を供給する例示的回路図である。
【図７】本発明の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接する例示的誘導結合素子の下方から見た図である。
【図８】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図９】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図１０】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図１１】長方形状のスケーラブルなプラズマ処理装置の簡略化された図である。
【図１２】図１１のスケーラブルなプラズマ処理装置において用いられる例示的誘導結合素子の拡大図である。
【図１３】図１１のスケーラブルなプラズマ処理装置において用いられる複数の例示的誘導結合素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施形態について以下詳細に記載し、１つまたは複数のその実施例が図面中に例示されている。各例は本発明の説明として記載されているものであり、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、本発明において種々の変形および修正をなしうることは当業者には明らかであろう。たとえば、１つの実施形態の一部として例示または記載された特徴を別の実施形態とともに用いてさらに別の実施形態を実現することができる。したがって、本発明は、記載されている特許請求の範囲に含まれるこのような修正および変更およびその均等物を包含するものである。
【００４７】
有効かつ拡張可能なＲＦ誘導プラズマ処理を提供する方法および装置が開示される。いくつかの態様では、誘導ＲＦエネルギーアプリケータとプラズマとの結合、および／または、アプリケータからの電力伝送の空間画定は大きく向上される。したがって、開示される方法および装置は、高い電気効率を実現し、寄生容量結合を低減しおよび／または処理の均一性を向上させる。
【００４８】
種々の実施形態には、壁により境界された処理チャンバと、チャンバ内に設けられた基体ホルダと、チャンバ壁の外側の誘導ＲＦエネルギーアプリケータとを有するプラズマ処理装置が開示されている。誘導ＲＦエネルギーアプリケータは、１つまたは複数のＲＦ誘導結合素子（ＩＣＥ）を有する。各誘導結合素子は、アプリケータ壁上の薄い誘電体窓の直近に設けられた磁束集中器を有する。
【００４９】
誘導結合素子は、薄い誘電体窓を介して集中器に指向的に磁束線を送り、磁束線の実質的な部分が誘電体窓から発せられ、アプリケータの下のチャンバ空間へと下方へ続く。磁束線はこの空間内で横方向に曲がり、その後上方に曲がり、誘電体窓に戻る。磁束線の大部分は、チャンバの内側から誘電体窓を介して誘導結合素子へと戻る。集中器からの高周波磁束線はしたがって誘導結合素子の直下の領域内のプラズマの一部を囲む。磁束は、この磁束により囲まれた領域の誘導結合されたプラズマ電流に電力を与える起電力を誘導する。
【００５０】
有利な実施形態では、導電シールドは誘導結合素子の磁束集中器の少なくとも一部を囲む。導電シールドは、処理チャンバ内に磁束線をさらに集める機能、および、プラズマ処理装置の他の要素、たとえば他の誘導結合素子およびガス供給導管から誘導結合プラズマを分離する機能を有する。さらに、導電シールドはプラズマ処理装置の他の要素から生じる誘導結合素子における電力損失を低減し、プラズマに供給される有効電力の測定を容易とし、処理制御を強化する。
【００５１】
本発明は、種々の異なる形態で実施可能である。以下の記載では、説明のため、多くの特定的な詳細が本発明の完全な理解のために記載されている。しかし、開示されている方法および装置は、これらの特定的な詳細によることなく実施可能であることは当業者には明らかであろう。他の例では、概念をあいまいとなることを避けるため、構造および装置が簡略化された形態で示されている。しかし、基本部分はこれらの特定的な詳細なしに種々の異なる形態で実施可能であることは当業者には理解されるであろう。すなわち、本発明の態様は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとみなされるべきではない。
【００５２】
明細書における「一（１つの）実施形態」の記載は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書中のいろいろな場所における「一実施形態」等の記載の出現は、すべて同じ実施形態を必ずしも意味するものではなく、他の実施形態と互いに排他的な別のまたは代替的実施形態を意味するものでもない。
【００５３】
アプリケータおよび処理チャンバの実施形態について、図１Ａに示されるシリンダ状チャンバによりさらに理解される。図２は図１Ａに示されるシリンダ状チャンバ１０００の線２−２’に沿った上方断面図である。処理チャンバ１０００の内側には、静電チャックまたは他の基体ホルダなどの基体ホルダ１３０上に基体１３５が戴置されている。アプリケータは、チャンバ１０００のアプリケータ壁内の薄い窓１０１０の上の種々の位置に設けられたＩＣＥ１０２０、１０７０などの複数の誘導結合素子を有する。ＩＣＥ１０２０、１０７０はチャンバ１０００のアプリケータ壁上の各ＩＣＥの下に位置する環状領域１０３４、１０３５を介してＲＦ磁束を循環させる。各ＩＣＥ１０２０、１０７０からの磁束は以下のチャンバの各環状領域１０３４、１０３５において起電力を誘導しうる。誘導された起電力は一方で磁束により囲まれた領域の一部におけるプラズマ電流に電力を与える。この電流により、各ＩＣＥ１０２０．１０７０から、下方の各局所化領域１０３４、１０３５に電力が効率的に伝送される。
【００５４】
多くの実施形態において、供給ガスはアプリケータ壁の複数の供給ガス孔１０４１を介してチャンバ内に供給可能である。供給孔１０４１は供給ガス導管１０４０などの管を介して処理ガスを受ける。基体上方のＩＣＥ間に散在する孔を介して供給ガスを導入することにより、優れた処理均一性およびプロファイル制御が得られることがわかった。たとえば、図１Ａに記載されているように、供給ガス導管１０４０および供給孔１０４１は局所化された領域１０３４の近くに処理ガスを供給する。これにより、局所化領域１０３４に生成された誘導プラズマにおける中性種および荷電種の生成が強められる。
【００５５】
さらに、いくつかの用途では、種々の孔１０４０を介して複数の適切な流速でガスを供給することにより処理の均一性を改善することができる。たとえば、図１Ａおよび／または図２に記載の各供給ガス導管１０４０および供給孔１０４１を、予め選択された流速の処理ガスをチャンバ１０００に通すように構成することができる。これらの流速は所望の処理パラメタに基づいて調整可能である。たとえば、異なるガス導管１０４０から処理チャンバ１０００への種々の流速の供給ガスを制御することにより、プラズマ処理中の処理ガス中に生成される荷電種および中性種の空間分布を効率的かつ個別に調整することができる。
【００５６】
いくつかの処理用途では、処理チャンバの内側空間は低圧に維持される。従来の圧力センサ装置（容量マノメータ、イオンゲージ、液体マノメータ、スピンロータゲージなど）、ポンプ（油圧ポンプ、ドライ機械ポンプ、拡散ポンプなど）、および、圧力制御手段（自動フィードバック制御システムおよび／または従来のマニュアル制御など）を用いて、予め選択されたチャンバ圧を維持することができる。種々の実施形態では、任意の特定の種類のポンプ系、圧力センサ手段または予め選択された圧力を用いることによらない。真空ポンプ系では、アプリケータ壁および横方向チャンバ壁は少なくとも１つの環境における圧力差を支える。
【００５７】
アプリケータ壁の薄い誘電体窓領域上の２つの環状ＩＣＥ１０２０、１０７０が、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２に示されている。しかし、アプリケータ壁は、関連する薄い誘電体窓領域に隣接する、予め選択された種々の位置に設けられた、より多数のＩＣＥを有して構成されていてもよい。面積に比例してアプリケータ壁上の適切な位置に適切な数のＩＣＥを加えることにより、チャンバの断面積を拡張することができる。これらのＩＣＥは電力を分散し、処理の均一性を維持するようななり方で配置可能である。いくつかの実施形態では、拡張された面積の新たな増分毎に、比較的一定量の有効平均電力が増加する。
【００５８】
アプリケータ壁内の誘電体窓領域との記載は、ＩＣＥの直近の薄い窓の部分を意味するものと理解され、この窓を介して、ＩＣＥからの磁束線の実質的な部分が比較的均一な方向で、チャンバ内から発せられ、および／または、チャンバ内に戻る。アプリケータ壁および／または薄い窓領域は、種々の異なる方向に構成可能であることは理解されたい。たとえば、図１Ａに記載されているように、たとえば、石英またはセラミックなどの薄い誘電体窓ディスク１０１０が、チャンバの上面全体を覆うよう設けられ、上部層１１２５を用いて機械的結合により支持されている。
【００５９】
種々の実施形態では、図１Ｂに示されるように、薄い誘電体窓１０８７上の、ＩＣＥ１０２０、１０７０を設けるために用いられるキャビティを有する単一の誘電体ディスクから、一体型アプリケータ壁１０８５を構成することができる。この一体とされた比較的厚い領域は、上方のアプリケータ壁１０８５の上部全体にわたって周囲圧力を支えることができる。
【００６０】
種々の実施形態では、薄い誘電体窓１０８７は比較的狭く、チャンバ内が真空にある場合に外側の周囲圧力を支えるのに十分な機械的強さを有する。したがって、一方で、図１Ｂの窓領域１０８７の幅は、十分な安全域をもってチャンバの真空に対して周囲圧力に耐えるのに十分な狭さである。
【００６１】
他の実施形態では、チャンバ壁を保持する、比較的薄い負荷のくぼみおよび／またはチャネル内に設けられた、少なくとも１つの薄く比較的狭い一体型の誘電体窓部分が設けられている。くぼみ（溝）内の薄い誘電体窓がＩＣＥとプラズマ処理チャンバとの間に設けられている。薄い窓と受束チャネル幅は比較的薄い誘電体窓が周囲圧力に耐えることができるのに十分な薄さである。たとえば、図１Ｃに示されるように、薄い壁１０９３内のリップ１０８９は溝内の薄い誘電体窓１０９１を支持する。誘電体窓１０９１はチャンバ内の真空から外側周囲圧力を支えるのに十分な狭さである。
【００６２】
いくつかの実施形態では、図１Ａに示されるような大きく薄い窓を挟んだ低い圧力差は、窓の上の空間とつながるチャネルに、および／または、ＩＣＥ（図示せず）のための溝を含む支持構造におけるチャネルに、流体圧力をかけおよび／または真空とすることにより維持可能である。窓を挟んだ適切な圧力差はチャンバ圧の検出に基づいてチャネル内に圧力をかけ、および／または、排気するよう動作する制御ループなどの種々の手段を用いて維持することができる。
【００６３】
種々の実施形態では、チャンバプロファイルは、おおよそ、チャンバの上部内側端に設けられた平坦なアプリケータ壁内の誘電体窓上方の少なくとも１つのＩＣＥを有する環状のシリンダ状である。しかし、チャンバ形状は特許請求の範囲を限定するものではない。別の実施形態では、チャンバの断面は、長方形、楕円形、多角形等である。
【００６４】
別の実施形態では、プラズマの均一性を最適化するよう、ならびに／あるいは、電子密度および／またはエネルギー分散、反応種の濃度プロファイル、供給ガスの分解度および／またはその他などの種々の他の処理特性を最適化するよう動作可能なように、種々のＩＣＥは選択的にエネルギー供給される。たとえば、いくつかの実施形態では、種の損失が補償され、チャンバ周囲の周縁壁および他の実施形態に対する拡散損失から濃度が低下されるように、比較的より大きい電力量が処理チャンバの周縁に割り当てられる。また別の実施形態では、ＩＣＥの一部および／または全部に送られる電力は、低応力膜のために前駆体種を生成するように、適切なレートおよびデューティでパルス化される。
【００６５】
予め定めた電圧、電流および／または電力が適切なマッチングネットワークを用いて種々のＩＣＥに印加される。ＩＣＥに対する電圧、電流および／または電力制御のための例示的な電力回路および制御ループについて、図６を参照して以下詳細に述べる。さらに、種々のＩＣＥはチャンバ表面（基準接地）に比例する予め定めた値を有するＤＣおよび／またはＲＦ電位で駆動可能である。１つのＩＣＥに印加される電流および／または電圧は、たとえば、異なるＩＣＥおよび／またはチャンバ表面に印加される電流および／または電圧のいずれかに比例する予め定めた位相を有する。１つまたは複数のＩＣＥに印加される電圧の大きさおよび／または位相は、予め定めた電子および／またはイオンエネルギーおよび／または数分散特性を実現するために選択することができる。さらに、大きさおよび位相は、チャンバ内の種々の導電性表面に比例して予め定めたプラズマ電位を実現するために選択することができる。多くの実施形態では、チャンバ表面のエネルギー粒子の衝突を避けるために比較的低いプラズマ電位が選択される。たとえば、各ＩＣＥに印加される電圧は、チャンバ接地などの共通基準電位に比例して平衡化される。平衡化は、ＩＣＥとプラズマとの間の容量結合およびチャンバに関するＤＣプラズマ電位オフセットを避けおよび／または緩和するのに役立つ場合がある。しかし、いくつかの用途において、１つまたは複数のＩＣＥに個別に、または、異なる複数のＩＣＥに印加される電圧は、互いに対しておよび／またはチャンバに対して選択的に非平衡化される。選択されたＲＦ電圧の非平衡は、処理における、プラズマと、ウェハ、チャックおよび／または他のチャンバ表面との間の予め定めた時間平均ＤＣ電圧オフセットを実現するために役立つ場合がある。またさらに、電力波形特性、たとえば、振幅変調（パルス化を含む）、周波数変調および／または位相変調が、用途に応じて、１つまたは複数のＩＣＥに個別に、または、異なる複数のＩＣＥの間で異なるように選択的に印加されてもよい。たとえば、高周波ＲＦ励起の適切なパルス化は、シリコン窒化膜を堆積するプラズマに関し、化学的および／または機械的性質を修正するために用いることができる。
【００６６】
磁束集中器を有するＩＣＥが、ＩＣＥ直下の内側チャンバ内に比較的指向的にかつ深く磁束を送ることができることがわかった。さらに詳細には、ＩＣＥから薄い窓および誘電体窓の直下を介してチャンバ内に放射される磁束の指向性は、磁束集中器および十分に薄い窓によって制御可能である。
【００６７】
磁束集中器およびこれに隣接する、アプリケータ壁上の薄い窓を有するＩＣＥの相乗作用は、さらに図３Ａおよび３Ｂの簡略化された図によりさらに理解される。図示のように、ＩＣＥ８０７０は磁束集中器８０３０および平坦なコイル８０６０を有する。ＩＣＥ８０７０はさらにその境界領域の少なくともいくつかの部分（たとえばＩＣＥ８０７０の上および／または横方向の周縁領域）の上に高導電性シールド８０５０を有する。
【００６８】
磁束集中器８０３０は、強磁性金属、フェライトおよび／またはその他の透磁性材料から構成可能である。種々の実施形態では、たとえば、磁束集中器８０３０は真空に対して少なくとも１０の透磁性を有する透磁性材料を含む。図３Ａおよび３Ｂにおいて、導電シールド８０５０は、ＩＣＥ８０７０の上および／または横方向の領域の少なくとも一部を覆うよう設けられている。種々の実施形態では、導電シールドはＩＣＥを収容する構造により実現可能である。たとえば、図１Ａに関して、ＩＣＥ１０２０および／または１０７０の回りの溝を画定する部材１０２５および／または１１２５の近い部分は、たとえば、アルミニウム、銅、銀および／または金などの高導電性金属から構成されている。種々の実施形態では、部材１０２５および／または１１２５は導電性金属材料であってよい。
【００６９】
透磁性材料は、集中器の媒体中の磁束線に関して磁性経路抵抗を低減する。したがって、磁束線８０８５の上方部分は集中器内に全体として閉じこめられることがわかり、一方で、比較的少量の漏れが生じうる。上述のような高導電性シールドはＩＣＥにおける構造から発せられる電界線および磁界線に対するバリアとして効果的であることがわかった。種々の実施形態では、ＩＣＥの種々の部分を覆うシールドにより、磁束の閉じこめが向上されることがわかった。さらに、高導電性シールドは種々の実施形態において寄生電力損失および／または電磁干渉を低減および／または排除するために役立つ。
【００７０】
ＩＣＥ８０７０は、コイル８０６０の末端に印加される高周波電圧および／または電流によりエネルギー供給される。種々の実施形態では、コイルは平坦であってよい。薄い誘電体窓８０２０に隣接する平行導電体を有する平坦なコイル８０６０は、特に有効であることがわかった。コイル８０６０を流れる高周波電流は、処理チャンバ内の誘電体窓８０２０に隣接する局所化空間８０８０を介して循環する磁束線８０８５を刺激することができる。
【００７１】
種々の実施形態では、コイル８０６０を通る高周波電流は、磁束集中器８０３０の第１の一時的極領域から薄い窓８０２０の一領域を介してチャンバ内に全体として発せられる磁束線８０８５に電力供給するよう作用可能である。磁束線８０８５はチャンバ内の窓領域に隣接する局所化空間８０８０を介して循環し、第１の極領域８０３５とは異なる第２の一時的極領域８０３７に向かう比較的均一な方向で窓領域に戻る。磁束集中器８０３０は、全体として第１の極領域８０３５から予め定めた第１の方向８０７１（図３Ｂ）に磁束線８０８５を放射し、全体として予め定めた第２の方向８０７２（図３Ｂ）に、循環する磁束線を第２の極領域８０３７に戻すように構成可能である。
【００７２】
磁束がＩＣＥからこのように放射される場合、優れた電力結合および高い電力伝送効率が実現される。さらに、磁束集中器から循環される磁束はＩＣＥの直下のプラズマの空間において選択的にプラズマ電流を誘導しうるため、電力はＩＣＥからこの空間に直接伝送可能である。したがって、プラズマ電流および電力は、ＩＣＥから処理チャンバ内の予め選択された局所化空間に配置することができる。
【００７３】
種々の実施形態では、磁束集中器の一時的極面８０３５、８０３７が薄い窓に全体的に面し、内側チャンバ空間下方の最小有用距離ｔｗ内であるようにすることにより、薄い窓チャンバを介して処理チャンバ内に磁束が発せられ、薄い窓を介してチャンバから戻るようにすることができる。図３Ａに関して、集中器の極面８０３５、８０３７は、薄い窓８０２０に全体として面し、内側からほぼ１つの窓の厚さ８０２５の位置にある。最小有用距離ｔｗの値は、集中器の一時的極面８０３５、８０３７の間のギャップ距離（ギャップ距離８０３９）に依存することがわかった。
【００７４】
たとえば、図３Ａは、磁束集中器８０３０の一時的極面８０３５、８０３７がチャンバ内側の最小有用距離内にある場合を示す。図示のように、磁束８０８５の実質的な部分は、第１の極領域８０３５から発せられ、誘電体窓８０２０を介して処理チャンバの内側に入り、処理チャンバの内側から薄い誘電体窓８０２０を介して第２の極領域８０３７に戻る。本明細書において、磁束の実質的な部分とは、ＩＣＥから発せられる全磁束の少なくとも約１０％を意味する。
【００７５】
これに対し、図３Ｃには、磁束集中器８０３０の極面８０３５、８０３７がチャンバ内側の最小有用距離内に無いように、厚い誘電体窓８０２０に隣接して配置された磁束集中器８０３０を示す。図示のように、磁束線８０８５の一部は、誘電体窓８０２０を介してチャンバの内側に入らない。むしろ、磁束８０８５の多くは誘電体窓８０２０の内側にあるままであり、チャンバの内側に達することはない。
【００７６】
図３Ａに関して、一時的極面８０３５および８０３７の間のギャップ距離Ｄｇ（磁束が放射される領域とこれを受ける領域との間の境界から測定される）は、参照番号８０３９で示されている。ｔｗがチャンバの内側から距離約Ｄｇ／４未満であるとき（たとえばＩＣＥとチャンバの内側８０２０との間の距離が一時的極面の間の距離の１／４以下であるとき）、磁束は薄い窓を介してチャンバの内側に発せられ、チャンバの内側から薄い窓へ戻ることができることがわかった。より好ましくは、薄い窓領域へ入る全磁束のうちの大部分を発しおよび／または受けるＩＣＥの各連続領域は、チャンバの内側空間から約Ｄｇ／８の距離ｔｗ未満である。しかし、約Ｄｇ／２の距離ｔｗでも、許容される結果が得られる。
【００７７】
図３Ａおよび３Ｂに関する種々の実施形態では、磁束集中器はＵ字状および／またはＣ字状を有する。この構成では、磁束は、Ｕ字状および／またはＣ字状の集中器の一方の脚部を終端する領域から全体として放射され、他方の脚部において終端する領域において受けられる。両脚部の極領域の端部は、たとえば、示されるように、アプリケータ壁上の薄い窓に平行である。別の構成では、磁束集中器は、薄い窓に面した、磁束を放射するおよび／または磁束を受ける複数の領域を有する。
【００７８】
ＩＣＥから窓を介して窓の直下でチャンバ内に放射される磁束の指向性は、磁束集中器、磁束集中器周囲の導電シールドおよび誘電体窓の形状および物理特性に依存する。磁束集中器を有するＩＣＥは、誘電体窓を介してＩＣＥ直下でチャンバ内に磁束を深く放射することができることがわかった。磁束集中器の回りの材料もまた重要な役割を有する。この材料中に誘導されうる電流は磁束に影響し、材料の導電性に依存して、損失は性能を向上させまたは性能を低下させる場合がある。たとえば、高導電性シールドが少なくとも部分的に磁束集中器を囲む場合には、表面に誘導される電流はなんら大きな損失をもたらさないものの、磁束集中器内側の磁束を増大させ、したがって、誘電体窓に隣接するプラズマ内の磁束を増大させることができる。一方で、導電性が低い場合には、磁束への影響は低い場合もあるが、シールド中に誘導される損失も大きくなる可能性がある。最後に、磁束集中器の材料および形状には、好ましくは、高い磁束密度、低い損失係数、および、Ｕ字状またはＣ字状の磁束集中器の基部における比較的広いフットが含まれる。そうでなければ、磁束線は、好ましい垂直な方向に近い角度で出入りせず、磁束集中器を広い角度で分散して出入りすることになる。
【００７９】
異なる実施形態が、図４により理解される。図４には、平坦な平行コイル巻線８０６０、８０６２と、Ｅ字状の磁束集中器８０３０とを有するＩＣＥ８０７０を開示されている。第１のＲＦ電流が平坦なコイル巻線８０６０へと流され、第２の反相ＲＦ電流が平坦なコイル巻線８０６２へと流される（たとえば、各巻線への電流は位相が１８０°ずれている）。たとえば、巻線８０６０中の電流から得られる磁束線８０８５の一群は、第１の極領域８０３５から放射されおよび／または第２の極領域８０３７の一部において受けられる。たとえば、巻線８０６２中の電流から得られる磁束線８０９５の他の一群は、領域８０７５から放射されるか、および／または、第２の領域８０３７の一部において受けられる。磁束線の各群は、ＩＣＥ８０７０下の各空間においてプラズマ電流８０８２、８０９２に電力を供給可能な、チャンバ内に起電力を誘導する。これらの誘導プラズマ電流８０８２、８０９２はＩＣＥ下の薄い窓領域の下の各局所化空間、および、磁束集中器８０３０のいくつかの集中器極面の間にある。
【００８０】
ここで、隣接する一時的極面の間の距離Ｄｇには参照番号８０３５が付されている。また、チャンバ内側から極面を分ける距離は、おおよそ、薄い窓８０２５の厚さである。この構成では、極面８０３５および／または８０７５からの磁束は、極面から薄い窓８０２０を介して処理チャンバ内側に放射されうる。有利な構成では、薄い窓８０２０は約Ｄｇ／４未満、より好ましくはＤｇ／８未満の厚さ８０２５を有する。
【００８１】
一般に、外側のアプリケータとチャンバ内のＩＣＰとの間の比較的より高い結合係数は、アプリケータとチャンバ内側との間の距離が低減されるときに実現される。種々の実施形態では、薄い窓により、アプリケータは処理ガスに比較的近いものとされ、そこで処理チャンバ内にＩＣＰが維持される。アプリケータとＩＣＰとの間の比較的高い結合係数により、一般的に、より効率的な電力伝送が得られる。
【００８２】
別の実施形態が図５により理解される。図５には、シリンダ状の処理チャンバ内のアプリケータ１００を内側を下方から見た図が示されている。誘導アプリケータ１００は、外側のリングにフェライトコア様の磁束集中器１６０を有する複数のＩＣＥを備える。同様の磁束集中器のそれぞれは、チャンバ空間に面する側に、円状の断面と、Ｕ字状のチャネル１７３とを有する。平行なコイル巻線１８０はチャネル１７３を介してコア内に延びている。各集中器のチャネル１７３は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに関して示したような、軸対象の環状ＩＣＥと実質的に類似する磁束線およびプラズマ電流を実現できるようなやり方で配置されている。誘導アプリケータ１００はさらに、磁束集中器の中央脚部１６６と外側脚部１６５のとの間の溝における平坦な平行コイル導電体１８２を有する中心軸対称なＩＣＥをさらに有する。
【００８３】
ＩＣＥおよびその支持構造の上には薄いディスク状の誘電体窓（明らかではない）が設けられる。薄い誘電体窓は種々のＩＣＥおよび平坦なコイル巻線と接触している。ガスが薄い窓中の供給ガス孔１７０を介してチャンバの内側１９０に供給可能である。薄い窓の厚さは、磁束集中器の磁束を放射する領域と受ける領域との間の距離（極ギャップ）１６０、１６６、１６５の約１／１０未満である。したがって、各極面は、チャンバの内側から、極面間のギャップ距離の約１／１０の距離の内にある。この実施形態は、各ＩＣＥから隣接する薄い窓領域を介して指向的に磁束線を送り、チャンバの内側の各局所化空間を介して磁束線を循環させ、これらの磁束線がＩＣＥに薄い窓領域を介して全体として垂直に戻るよう作用可能である。循環する磁束線は、外側の磁束集中器の配列された溝における平坦なコイル巻線の下の局所化チャンバ空間における外側プラズマ電流リングと、内側のＩＣＥの磁束集中器の溝内の平坦なコイルリング下の内側プラズマ電流リングと、を誘導する。
【００８４】
種々の実施形態では、ＩＣＥは選択的にエネルギー供給可能である。いくつかの実施形態では、選択された位相関係を有する、異なる選択された量の電力は、アプリケータの種々の誘導結合素子に結合可能である。さらに、いくつかの実施形態では、基体に対する処理の均一性は、適切な量のＲＦ電力を種々のＩＣＥに選択的に供給することにより実現可能である。たとえば、いくつかの実施形態には、薄い窓の下の種々の局所化領域の空間内に種々のＩＣＥから選択された量の電力を供給するよう作用させるやり方の制御ループに接続された処理診断測定が含まれる。
【００８５】
図６は、ＩＣＥに電力を供給するための電力回路および制御ループの例を示す。図示されるように、ＲＦエネルギー源６１０はＴＬＴ（伝送線路トランス）６２０または任意の他の種類のトランス（図示のレギュラートランス）を有するマッチングネットワークを介して、ＩＣＥ６４０に電力を供給する。共振コンデンサ６３０はトランス６２０とＩＣＥ６４０との間に接続されている。ＲＦエネルギーがＩＣＥ６４０に印加されるとき、実質的な誘導結合プラズマ６５０が処理チャンバ内に生成される。共振コンデンサ６３０は、基体の処理中、コンデンサ６３０のリアクタンスがＩＣＥ６４０のリアクタンスおよび誘導結合プラズマを打ち消すようなサイズとされかつ配置されている。上記駆動回路を用いることにより、プラズマ６５０に供給される有効電力に基づいてＩＣＥ６４０に供給される電力を監視し、制御することができる。
【００８６】
システムに供給される電力を測定するすべての方法は、不正確さにより悪影響を受ける。既存の処理装置は、典型的には、マッチングネットワークに設けられた電力測定装置を用いて電力を監視する。この電力測定装置は、プラズマに供給される電力、ＩＣＥにおける損失、チャンバ外側のアンテナケージにおける損失、チャンバの内側における損失を捕捉する。これらのパラメタすべては異なるチャンバについて異なり、たとえば、ＩＣＥが置き換えられる毎に、および、異なるチャンバ毎に、処理制御パラメタの調整が必要となる。さらに、マッチングネットワークにおいて行われる測定は、有利には、任意の良好な（高Ｑ値）コイルのためのマッチングネットワークにおける電圧と電流の波形の間の大きな位相角の差（９０°に近い）により、ＩＣＥに印加される電流および電圧の波形に感度を有する。
【００８７】
図６の電力回路および制御ループを用いることにより、上述の不具合無く、プラズマに供給される有効電力の効率的な監視を行うことができる。図示されるように、電流センサ６６２および電圧センサ６６４を有する電力測定装置６６０は、トランスマッチングネットワーク６２０と共振コンデンサ６３０との間の位置における電圧および電流を測定する。共振周波数に近い周波数を用いるとき、この位置では電流と電圧の位相のずれは０°に近く、電圧および電流の波形の位相における小さな変化は電力測定に実質的に影響せず、不規則な波形の場合でも正確である。
【００８８】
さらに、共振コンデンサ６３０はＩＣＥ６４０とプラズマ６５０とのインダクタンスと共振するため、電流はＩＣＥおよびプラズマの積極的抵抗によってのみ決定される。任意の要素（プラズマ、コイル、他の損失性の要素たとえばシールドで囲まれたＩＣＥ）に供給される電力は、したがって単純に積Ｉ２Ｒｃｏｉｌである。磁束集中器とＩＣＥを囲む高導電性シールドとにより、ＩＣＥの壁における損失は小さく、コイルにおける損失からプラズマにおける損失を分離することはより容易となる。ＩＣＥを少なくとも部分的に囲む高導電性シールドを用いることにより、ＩＣＥは隣接する誘導結合素子および供給ガス導管からの干渉も低減させ、電力測定の制度をさらに向上させる。
【００８９】
図６に示すように、電圧センサ６６４により行われる電圧測定および電流センサ６６２により行われる電流測定は、信号計算器６７０に対して提供される。信号計算器６７０は、演算増幅器（たとえばＡＤ８１１）および広帯域乗算器（たとえばＡＤ８３５）等の従来のアナログデバイスに基づいてよい。増幅器（いくつかの場合には単純な分割器を用いることができる）は、任意の瞬間ｔにおける信号ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）を生成し、ついで、乗算器がＶ（ｔ）−ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）に電流Ｉ（ｔ）を乗ずる。リアルタイムにプラズマに供給される電力に比例する積Ｉ（ｔ）＊［Ｖ（ｔ）−ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）］から準ＤＣ成分を抽出するためである。単純な積分ＲＣ回路を、ＲＦ成分を除去し、ＤＣ成分のみを残すために用いることができる。電流はしたがってＲＦ周期の各部において即時に測定され、波形の形状に感度を有しない測定となる。有利な実施形態では、Ｒｃｏｉｌは、ネットワークアナライザを用いて、プラズマを用いることなく、かつ、電力回路を共振周波数に調整することなく、決定可能である。
【００９０】
プラズマに供給される有効電力を決定した後、信号計算器６７０は、プラズマに供給される有効電力を表す有効電力信号６８０を発する。この有効電力信号６８０は、ＩＣＥに供給される電力へのマニュアルまたは自動での調整のための制御ループにより用いることができる。プラズマに供給される有効電力の測定に基づいてＩＣＥに送られる電力を調整することにより、プラズマ処理のより正確かつ効率的な制御を行うことができる。
【００９１】
このセンサ構成は、マッチング器の上流の電力を測定する、通常用いられるシステムと異なり、単一の電力発生器およびマッチング器からの複数の誘導結合素子を駆動する場合に、特に有利である。
【００９２】
ＩＣＥは、ＩＣＥ中の誘導素子の寄生容量結合による、無視できない量の容量結合プラズマを生成しうる。このような容量結合は望ましくない場合があり、処理の不均一性とアプリケータ窓のスパッタリングにつながる。ＩＣＥコイルのプラズマへの容量結合を低減するために、静電シールドまたはファラデーシールドがしばしば用いられる。既存の静電シールドは、プラズマへのＩＣＥ結合を大きく低減させ、ＲＦ電力における大きな損失を生じ、このことは誘導結合プラズマの伝送効率を低減させてしまう。
【００９３】
図７、８、９、１０は、本発明に従うプラズマ処理装置における容量結合を低減するために使用可能な改善された静電シールドの種々の例示的実施形態を示す。図７は誘電体窓７１０に隣接して配置された例示的なＩＣＥ７４０を下方から見た図を示す。ＩＣＥ７４０はたとえばコイルおよび磁束集中器を有する。しかし、当業者には、本明細書中に記載の開示により、本明細書に記載される静電シールドの実施形態が、本発明の範囲から離れることなく、いかなるＩＣＥとともに用いることができることを理解すべきである。
【００９４】
静電シールド７２０は誘電体窓７１０の上に設けられている。静電シールド７２０は任意の導電性材料、たとえば、銅、アルミニウムまたは他の適切な導電体から構成可能である。静電シールド７２０は任意の適切な処理により誘電体窓７１０に取り付けることができる。たとえば、静電シールド７２０は窓に、ネジ、接着剤、堆積により取り付け可能である。有利な実施形態では、静電シールド７２０は厚膜の堆積または自己粘着性の銅箔またはアルミニウム箔を用いて誘電体窓に取り付けることができる。
【００９５】
静電シールド７２０は、全体として、誘導結合素子７４０のコイルに実質的に垂直な方向に設けられた薄い金属ストリップ７２２のアレイから構成される。薄い金属ストリップ７２２は、プロセスチャンバ内から電界を効果的に遮蔽するのに十分なように互いに近くに配置されている。静電シールド７２０は異方性導電性の条件をほぼ満たす。すなわち、静電シールド７２０の導電性は、誘導場の方向においてほぼ０であり、誘導場に垂直でありかつプラズマ表面に正接する方向において実質的に大きさを有する。
【００９６】
図７に示されているように、薄い金属ストリップ７２２のアレイは、場のアプリケータの外側の導電ループ７２５と接続可能である。図７は２つの導電ループ７２５を示すが、より多くのまたはより少ない導電ループを本発明の範囲から離れることなく用いることができる。たとえば、有利な実施形態では、１つの導電ループは薄い金属ストリップのアレイを接続することができる。導電ループの位置も修正可能である。たとえば、導電ループは薄い金属ストリップのアレイのいずれかの端に沿って延びている。
【００９７】
有利な実施形態では。導電ループ７２５はたとえば接地または基準電圧に接続されている。別の実施形態では、静電シールド７２０を介してわずかの量の容量結合を生成するため、導電ループ７２５は浮動状態に維持される。わずかな容量結合はプラズマの点火または持続を助けるために、または、意図的にプラズマ中に不均一性を導入するために望ましい場合がある。別の実施形態では、導電ループ７２５はたとえば電圧源に接続される。導電ループに印加される電圧は、静電シールドを介して容量結合を制御するために調整可能である。
【００９８】
図８は、ギャップ７２７を形成するために導電ループ７２５が切断された静電シールド７２０の実施形態を示す。図８の静電シールド７２０は閉じた導電経路を有さず、したがって、ＲＦ電流を循環しない。これはＲＦ電力損失の低減のために用いられる。図８の静電シールド７２０はコイルの一端が接地された場合の、非平衡化された複数巻線のアンテナコイルの遮蔽（screening）に適している。この場合、静電シールド７２０は接地された中間点を有する閉じてない単一の巻線として作用可能である。誘導結合起電力の半分に等しいが反対の位相のＲＦ電圧は、ギャップ７２７を隔てる静電シールド７２０の両末端に進む。結果として、プラズマへの容量結合が低減される。
【００９９】
図９は導電ループを含まない静電シールド７２０の実施形態を示す。この特定の遮蔽は、スパッタリングをなくすために容量結合を低減するためのみ十分であるが、いくぶんかの容量結合を残し、わずかなアジムス方向のプラズマ不均一性を形成し、プラズマを点火し、保持する。図９の静電シールド７２０は平衡化されたＩＣＥと関して特に効果的な場合がある。平衡化されたＩＣＥにより、金属ストリップ７２２のアレイの各金属ストリップは、プラズマからＩＣＥコイルを遮蔽するための仮想的な接地として機能する。
【０１００】
図１０は本発明の実施形態において用いることのできる静電シールド７３０のさらに別の実施形態を示す。静電シールド７３０は誘電結合素子のコイル部分に平行に延びる平坦なシートを有する。静電シールドは好ましくは誘電体窓７２０の上に設けられ、静電シールドは誘導結合素子の磁束集中器の極面の間に位置し、極面は覆われていない。図示のように、平坦なシートは、少なくとも１つの不連続部分７３５を含む。不連続部分７３５は好ましくは静電シールド７３０における循環電流を阻止するようなサイズとされ、寸法決めされている。１つの不連続部分７３５が図１０に示されているが、より多くのまたはより少ない不連続部分が所望により含まれてよい。図１０の静電シールド７３０は容量結合を十分に遮蔽しないものの、誘電体窓のスパッタリングは大きく低減される。さらに、容量結合のいかなる不均一性も、静電シールド７３０により影響されない。
【０１０１】
大きな長方形の基体についての拡張可能な処理の実施形態が図１１および１２により理解される。図１１の上側は、長方形のチャンバの内側空間の上方の長方形の上方アプリケータ壁１６９５上の長方形のアレイにおける薄い誘電体ディスク状の窓の上方に設けられた種々のＩＣＥの上面図を示す。各ＩＣＥはＵ字状の磁束集中器１６１０を通る溝中に延びる平坦なコイル導電体１６０２を有する。種々の薄い誘電体ディスク窓１６９０は内側チャンバ空間上方の金属製の上方アプリケータ壁１６９５の下方表面に隣接するリップ上に支持されている。薄い誘電体ディスク窓１６９０はＵ字状の磁束集中器１６１０の脚部の間のギャップの約１／１０より薄い。コイル部分の対応する導電体１６０２と隣接するＩＣＥの対とは相互に接続されてもよい。
【０１０２】
種々の実施形態では、ＩＣＥは別のやり方で接続および／または電力供給可能である。図１１には、図示の直列−並列ＩＣＥ接続の部分のみが示されている。他の実施形態では、ＩＣＥは異なるやり方で電力供給可能である。たとえば、種々のＩＣＥのそれぞれにＲＦ電力が選択的に供給されてもよい。さらに別の実施形態では、複数のＩＣＥは並列に、直列に接続されるか、または、これらは直列接続および並列接続の種々の組み合わせに組み合わせてもよい。特許請求の範囲はＩＣＥ接続の電力供給の方法により限定されない。さらに、アプリケータ壁には多数の供給ガス孔があってよく、種々のやり方でこれらの孔を介して処理ガスが選択的に導入されてもよい。
【０１０３】
本発明に対するこれらのおよび他の修正および変更は、添付の特許請求の範囲により詳細に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、当業者によってなしうる。さらに、種々の実施形態の態様が全体または一部において交換可能であることは理解されるべきであろう。さらに、当業者は上述の記載は、例示のみによるものであり、添付の特許請求の範囲にさらに記載された発明を限定することを意図しないことは理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１０４】
１０００ 処理チャンバ、 １０２０、１０７０ ＩＣＥ、 １０９１ 誘電体窓
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国仮特許出願番号第６１／２３６，０８１号（２００９年８月２１日出願）に基づく優先権の利益を主張するものであり、当該出願は全ての目的に関して本明細書中に参照により含まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ生成に関し、より詳細には、高い結合効率を有するプラズマ源において処理する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
低圧の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、集積回路、マイクロメカニカルデバイス、フラットパネルディスプレイや他のデバイスなどのデバイスの製造に用いられている。ＩＣＰにおける電流は関連するスカラー電圧差のない起電力により駆動されるため、誘導結合はこれらの用途に関して容量結合よりも好ましい。一方で、容量結合は種々の面に相対的にプラズマ電位を増加させる傾向があり、プラズマと処理チャンバの種々の面との間に、寄生電流、放電、アーク放電および／または他の望ましくない電流を生じる。容量結合は大電圧を生じ（すなわち、プラズマ電位を増加させ）、イオンを表面上へと高いエネルギーで加速させる。これにより、容量結合により、表面金属はスパッタリングされ、処理チャンバ内に汚染物が発生し、および／または、基体上のデバイスが損傷する可能性がある。さらに、統計的加熱による容量結合は、プラズマ密度が増加し、シースがより薄くなると、急速に減少するため、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタは生成可能なプラズマの密度に制限がある。
【０００４】
一般に、処理に用いられるＩＣＰはアプリケータ（しばしばアンテナともいわれる）によりプラズマ処理装置内に維持され、プラズマ処理装置の大きな誘電体窓を介して高周波電磁エネルギーを結合させる。ある装置では、アプリケータは単一のコイルである。また他のＩＣＰ処理装置は複数のコイルを備える。誘電体窓は、通常、比較的低損失の材料、たとえば、石英、アルミナ、他のセラミックから構成される。
【０００５】
プラズマ処理は、しばしば比較的低圧で行われる。たとえば、プラズマエッチングおよび／またはプラズマ支援ＣＶＤに関する予め定めた作用圧力は、用途に依存して、たとえば、０．１ミリトール〜１００トールの範囲である。しかし、この範囲外の圧力も用途によっては用いられる。
【０００６】
従来のＩＣＰ処理装置における大きな誘電体窓は、一般に、処理チャンバの上面を覆うように設けられている。この誘電体窓を介して結合された電磁束により、窓の下方のチャンバガス内のＩＣＰに電力を供給することができる。処理されるワークまたは基体は、一般に、誘電体窓の下方、チャンバ内の基体ホルダまたはチャック上に横方向に支持される。ＩＣＰ処理装置の中にはドーム状の窓が用いられているものもあるが、誘電体窓は平坦なものであってよい。
【０００７】
電磁理論によれば、誘導結合プラズマ電流は、電流搬送プラズマ空間を囲む高周波磁束における周期的変化により生じる起電力（ＥＭＦ）によりエネルギー供給される。しかし、従来の処理装置は、プラズマの電流搬送領域を囲む磁束の量を最適化するためではなく、強い磁場を提供するようしばしば設計されていた。起電力はプラズマの電流搬送領域を囲む磁束の積分量に比例するため、強い磁場線を有することのみでは、効率的な結合は保証されない。
【０００８】
デバイス製造用のプラズマエッチングやプラズマ支援ＣＶＤなどの多くの用途では、処理される基体の種々の領域の上方に比較的均一なプラズマを形成することが不可欠である。均一性に関して、平坦な窓によれば、プラズマが電力を受ける種々の位置と基体ホルダ上のワークとの間の比較的均一な距離が得られるため、平坦な誘電体窓がドーム状の窓よりもしばしば好ましい。しかし、平坦な窓の上のＲＦエネルギーアプリケータを拡張可能なものとし、および／または、比較的大きな基体領域の上方の効率的な結合および均一なプラズマ密度を実現することは困難であった。
【０００９】
広い領域を覆う厚い窓を介して電力が結合される場合、様々な問題が生じうる。真空処理チャンバの上部を覆う平坦な誘電体窓は、外側の周囲圧力とチャンバ内の真空との間の差により生じる機械的な力に耐える程度に十分厚くなければならない。平坦な直径３００ｍｍの半導体ウェハを処理するのに十分大きいチャンバを覆う石英窓（典型的にはこのような窓は直径約０．５ｍである）は、この圧力に耐え、かつ、許容される安全域を提供するために少なくとも数ｃｍの厚さでなければならない。実際、約２〜５ｃｍの厚さが一般に用いられている。さらに、チャンバがより大きい基体サイズを処理するために拡張されると、誘電体窓の厚さに関する制約はチャンバの直径に比例して増す。
【００１０】
厚い窓を介してプラズマ結合を行うことは非効率的であった。チャンバ空間上の厚い誘電体窓（たとえば１ｃｍ以上）に隣接するアプリケータコイルでは、生成されるかなりの割合の磁束線は、全体として、窓の中をループしてしまい、プラズマを構成する内側のチャンバ空間に達しないかおよび／またはほとんど達しない。磁束が局所化プラズマ電流を囲まない場合、電力結合はしばしば弱く、非効率である。
【００１１】
弱い結合を和らげるため、プラズマ中に予め定めた量のプラズマを結合するようアプリケータは比較的高いＲＦ電圧によって電力供給する必要がある。このような高いＲＦ電圧は、有害なアーク放電および／または火花発生を引き起こすため、および、マッチングおよび電力結合システムにおける電力損失量は通常印加電圧の二乗となるため、問題である。さらに、高電圧では、純粋に誘導モードにおいて操作すること、および、実質的な容量結合を避けることが困難となり、または、実現不可能となりうる。これは、処理が比較的低い密度の誘導結合プラズマを必要とする場合に特に問題である。さらに、アプリケータおよび／またはマッチングネットワークにおける比較的高い電力損失により、プラズマを不安定なものとしうる。
【００１２】
単一のコイル要素を有する誘導ＲＦエネルギーアプリケータを拡張することは困難である。１つの困難性は、コイル巻線のインダクタンスはその直径に比例して増加するという物理法則から生じる。アプリケータコイルに予め定めた電流を励起するために必要なＲＦ電力はそのインダクタンスに比例するため、特に均一に空間配置された巻線が存在する場合には、大きなコイルに電力供給するためには比例しない高ＲＦ電圧が必要であることは明らかである。この問題は、窓の上に分散された、それぞれ比較的低いインダクタンスを有するより小さい複数の誘導結合コイル素子を有するアプリケータを用いることにより部分的に緩和される。
【００１３】
チャンバ内に達する磁束の相対量を増加させて、結合を改善するため、従来のＩＣＰアプリケータのコイルはプラズマの近くに配置されていた。たとえば、ＵＳＰ６，２５９，３０９（Ｂｈａｒｄｗａｊら）ではチャンバ上部壁の上の、狭く薄い誘電体窓の直上に従来の平面状の環状コイルが配置されている。周囲圧力を阻止するために十分な強さを有する個別の構造によって、狭い誘電体リングが支持されていた。
【００１４】
この従来の構造によれば、窓を介してより量の多い磁束が達するようにすることができるが、残りの磁束線は、全体として、窓に平行に、窓の直近の薄い層内に存在する。
【００１５】
誘電体窓に隣接する種々の位置に配置された異なる複数のアプリケータコイルに選択された量の電流を向けることにより、プラズマ処理装置内の空間均一性が改善可能であることが提案されていた。しかし、個々のコイル電流と各コイルに隣接するプラズマ密度との間には、比較的低い空間的な相関しか存在しないことが測定により示されていた。
【００１６】
さらに、選択された電力量を異なるコイルに向けることは、典型的には、既存のアプリケータにおいて、コイルに関するマッチングネットワークにおいて行われる電力測定に基づいて行われ、プラズマに供給される有効電力に基づいて行われない。これらの電力測定は、コイルに印加される電流の変化に非常に敏感な場合がある。さらに、コイルの損失、アンテナケージの損失、隣接するコイル同士の干渉およびチャンバ内での損失を考慮しなければならない。パラメタは各コイルおよびアプリケータについて異なり、処理パラメタをコイル毎、および、アプリケータ毎に微調整する必要がある。つまり、このアプローチは問題であった。
【００１７】
プラズマの不均一性は、不均一な供給ガスの導入からも生じる。容量プラズマ処理装置では、ワーク支持体上のアプリケータ電極は、処理チャンバに均一に供給ガスを選択的に導入するために用いられる「シャワーヘッド」ガス分散孔を有する。しかし、比較的厚い平坦なまたはドーム状の誘電体窓を有するＩＣＰ処理装置において、構造的／機械的制約および／またはコストにより、このような窓に供給ガス孔を設けることは実用的ではなかった。さらに、供給ガス注入孔をアプリケータコイルの近くに配置することにより、処理チャンバに入る供給ガスの前の、供給ガスと相互作用する電磁エネルギーが生じうる。すなわち、供給ガスは、通常、他の方法でプラズマ処理装置に導入されていた。
【００１８】
たとえば、基体の周縁の回りおよび／または基体ホルダの下方の種々の位置に設けられた複数の供給インジェクタを介して処理チャンバ内に供給ガスが導入されるＩＣＰ処理装置も存在する。このような手段を用いて基体の上方に均一なガス分散を実現することは比較的困難であった。さらに、チャンバ内に挿し込まれるインジェクタはプラズマの均一性を低下させる。
【００１９】
さらに、プラズマの不均一性は、プラズマとコイルとの寄生容量結合から生じうる。コイルとＩＣＰとの間の電磁シールドまたはファラデーシールドを、プラズマとコイルとの容量結合を低減するために用いることができる。しかし、ファラデーシールドは、誘導結合を大きく低減させ、ＲＦ電力における大きな損失を与える可能性があり、したがって、アプリケータに関する低減されたＩＣＰ伝送効率を生じさせる。このようなシールドが結合効率を低下させる１つの基本的な理由は、シールドが薄すぎない限り、誘導結合素子と誘電体窓との間にシールドを介在させることが基本的にアプリケータとチャンバの内側との分離を増加させることである。ＵＳＰ６，０５６，８４８（Ｄａｖｉｅｔら）には薄膜の静電シールドが開示されており、この静電シールドは、容量結合が実質的に減少される一方で、プラズマが維持されるために、当該シールドを介して誘導電力が通過する程度に電磁的に薄い。しかし、本発明者らは、（チャンバ内側から結合素子を最小限に移動させるために）機械的に薄いが、電磁的に厚いシールドも、優れた性能を有することを見いだした。さらに、既存のファラデーシールドは容量結合を排除するために有効でありえるが、時には、スパッタリングを排除するために容量結合を低減することだけでなく、必要に応じて、小さく標的されたプラズマの不均一性を形成し、プラズマの点火を補助するためにいくぶんかの容量結合を残すことも望ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】ＵＳＰ６，２５９，３０９
【特許文献２】ＵＳＰ６，０５６，８４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
高い結合性を実現し、および／または、大型の基体サイズの処理用に拡張可能なＩＣＰ処理装置および方法に対する長年のニーズが存在していた。また、高い電力伝送効率および広い領域にわたる処理均一性の高いレベルを提供するＩＣＰ処理装置および方法に対するニーズが存在していた。さらに、低い電力および／または低いプラズマ密度において安定な拡張可能なＩＣＰ処理装置および方法に対する長年のニーズが存在する。さらにまた、ＩＣＰに供給される有効電力に基づいた電力制御を提供するＩＣＰ処理装置および方法に対するニーズが存在する。広い領域にわたって予め選択された供給ガス分散を実現可能であり、かつ、寄生容量結合を効率的に管理可能なＩＣＰ処理装置および方法は特に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の態様および利点は、以下の詳細な説明において記載されており、または、場合によりこの詳細な説明から自明であり、または、場合により本発明の実施を通じて学ぶことができる。
【００２３】
本発明の１つの例示的実施形態は、プラズマ中で基体を処理する装置に関する。この装置は、処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダとを備える。この装置はさらに、処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備える。この装置はさらに、処理チャンバの外側に設けられた誘導アプリケータを備える。誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、有利な実施形態では、複数の誘導結合素子を有する。誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器と、を有する。磁束集中器は第１の極領域および第２の極領域を有する。第１の極領域および第２の極領域は全体として少なくとも１つの誘電体窓に面する。誘導結合素子は、磁束集中器を少なくとも部分的に囲む導電シールドをさらに有する。有利な実施形態では、導電シールドは、たとえば、アルミニウム、銅、銀または金から構成されている。
【００２４】
上記有利な実施形態の態様によれば、誘導結合素子がエネルギー供給されたとき、ＲＦ周波数の磁束が磁束集中器から直接処理チャンバの内側に放射され、磁束の実質的な一部は第１の極領域から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側に発せられ、かつ、磁束の実質的な一部は処理チャンバの内側から少なくとも１つの誘電体窓を介して磁束集中器の第２の極領域に戻る。
【００２５】
上記例示的実施形態の変形例では、たとえば、第１の極領域および第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられている。第１の極領域および第２の極領域は処理チャンバの内側からギャップ距離の約１／２未満、好ましくは、約１／４未満の位置、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている。たとえば、有利な実施形態では、磁束集中器は少なくとも１つの静電窓の上に設けられている。誘電体窓の厚さは、たとえば、ギャップ距離の約１／４未満、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満である。
【００２６】
上記例示的実施形態の別の変形例では、この装置は、処理ガスを処理チャンバの内側に供給するよう構成された複数のガス供給導管をさらに備えてよい。複数のガス供給導管の少なくとも１つは、誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して処理チャンバの内側に処理ガスを供給可能である。誘導結合素子の導電シールドは、誘導結合素子のコイル部分を複数のガス供給導管の少なくとも１つから分離することができる。有利な実施形態では、複数のガス供給導管の少なくとも１つは、予め選択された流速の処理ガスを処理チャンバの内側へ通すよう制御されるよう構成可能である。
【００２７】
上記例示的実施形態のさらに別の変形例では、誘導結合素子は、マッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介してＲＦエネルギー源に接続されている。この装置は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を備えてよい。この装置は、電力測定装置から受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、誘導結合素子に供給されるＲＦ電力を制御するよう構成された制御ループを備えてよい。
【００２８】
上記例示的実施形態のまた別の変形例では、この装置は誘導結合素子と処理チャンバの内側との間の、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた静電シールドをさらに備えてよい。静電シールドは、たとえば、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する。薄い金属ストリップのそれぞれは、たとえば、誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向に設けられている。有利な実施形態では、薄い金属ストリップのアレイは、たとえば切断されまたは切断されていない導電ループにより接続されている。この有利な実施形態の変形例では、導電ループは接地されているか、浮動状態にあるか、または、電圧源に接続されていてよい。上記例示的実施形態の別の変形例では、静電シールドはたとえば誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有してよい。不連続部分のサイズおよび構造はたとえば循環電流を阻止するために十分なものである。
【００２９】
本発明の別の例示的実施形態は、基体の処理方法に関する。この方法は、処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、処理チャンバ内を１００トール未満の予め定めた圧力に維持するステップと、処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、処理チャンバの外側の少なくとも１つの誘導アプリケータをＲＦ電力でもってエネルギー供給するステップと、処理チャンバ内で誘導プラズマにより基体を処理するステップと、を含む。
【００３０】
上記例示的実施形態の有利な態様では、処理チャンバは処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備える。誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有する。少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器とを有する。磁束集中器は、第１の極領域および第２の極領域を有する。第１の極領域および第２の極領域は、全体として少なくとも１つの誘電体窓に面する。誘導結合素子は、磁束集中器の近傍に設けられた導電シールドを有する。有利な実施形態では、導電シールドは、たとえば、金、アルミニウム、銅または銀から構成されている。
【００３１】
上記例示的実施形態の更に有利な態様では、誘導結合素子は、磁束集中器から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側にＲＦ周波数の磁束を直接循環させ、磁束の実質的な一部は第１の極領域から少なくとも１つの誘電体窓を介して処理チャンバの内側に発せられ、かつ、磁束の実質的な一部は処理チャンバの内側から少なくとも１つの誘電体窓を介して磁束集中器の第２の極領域に戻る。
【００３２】
上記例示的実施形態の変形例では、たとえば、第１の極領域および第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられている。第１の極領域および第２の極領域は処理チャンバの内側からギャップ距離の約１／４未満、たとえば、約１／８未満の位置に設けられている。たとえば、有利な実施形態では、磁束集中器はたとえば少なくとも１つの誘電体窓の上に設けられている。少なくとも１つの誘電体窓は、ギャップ距離の約１／４未満、たとえば、ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する。
【００３３】
上記例示的実施形態の別の変形例では、この方法は、所定のプラズマプロファイルを実現するために、複数の誘導結合素子に電力を選択的に分散させるステップをさらに含んでよい。有利な実施形態では、選択的に電力を分散させるステップは、ＲＦエネルギー源からマッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介して複数の誘導結合素子の少なくとも１つにエネルギー供給するステップと、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を用いて、複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給される有効電力を測定するステップと、を含んでよい。この方法は、電力測定装置を用いて測定された電力に少なくとも基づいてプラズマに供給される有効電力を決定するステップと、プラズマに供給される有効電力に少なくとも部分的に基づいて、ＲＦ電力源から複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給されるエネルギーを制御するステップと、をさらに含んでよい。
【００３４】
上記例示的実施形態の他の変形例では、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップは、処理チャンバの内側に処理ガスを供給するよう構成された複数のガス供給導管を介して処理ガスを通すステップを含んでよい。複数のガス供給導管の少なくとも１つは、誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して処理チャンバの内側にガスを供給可能である。この方法は、プラズマ中の荷電種または中性種の分散を空間的に調節するために、複数のガス供給導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップをさらに含んでよい。
【００３５】
上記例示的実施形態のさらに別の実施形態では、処理装置は、誘導結合素子と少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備えてよい。静電シールドは、たとえば、誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向の、少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する。有利な実施形態では、たとえば、薄い金属ストリップの複数のアレイが少なくとも１つの導電ループにより結合されている。この方法は、処理チャンバの内側の容量結合プラズマを調節するために、少なくとも１つの導電ループに印加される電圧を調整するステップを含んでよい。上記例示的実施形態の別の変形例では、たとえば、静電シールドは誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートはたとえば少なくとも１つの不連続部分を有する。不連続部分のサイズおよび構造は循環電流を阻止するために十分なものである。
【００３６】
本発明の更に別の例示的実施形態は、プラズマ処理装置中で基体を処理する方法に関する。プラズマ処理装置は、少なくとも１つの誘導コイルを有するＲＦエネルギーアプリケータを備える。誘導コイルはたとえば少なくとも１つの共振コンデンサに接続されて、共振コイル回路を形成する。この方法は、処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、ＲＦエネルギー源からのＲＦエネルギーをマッチング回路および共振コンデンサを介して少なくとも１つの誘導コイルに送るステップと、実質的な誘導プラズマに供給される有効電力を決定するステップと、実質的な誘導プラズマに供給される有効電力に基づいて少なくとも１つの誘導コイルにおけるＲＦエネルギーを調節するステップと、を含む。この例示的実施形態の変形例において、プラズマに供給される有効電力は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間に設けられた電力測定装置による電力測定に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００３７】
本発明の別の例示的実施形態は、プラズマ中で基体を処理する装置に関する。この装置は、処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダとを有する。この装置は、さらに、ＲＦエネルギー源と、ＲＦエネルギー源に接続されたマッチング回路と、マッチング回路に接続された少なくとも１つの共振コンデンサとを有する。この装置は、少なくとも１つの誘導結合素子を有する、処理装置の外側に設けられた誘導アプリケータをさらに有する。誘導結合素子は、少なくとも１つの共振コンデンサおよびマッチング回路を介してＲＦエネルギー源に接続された少なくとも１つのコイルを有する。この装置は、マッチング回路と少なくとも１つの共振コンデンサとの間の有効電力を測定する電力測定装置をさらに有する。
【００３８】
上記例示的実施形態の変形例において、この装置は、電力測定装置により測定される有効電力に少なくとも部分的に基づいて誘導結合素子に印加されるエネルギーを調整するよう構成された制御ループをさらに有する。
【００３９】
本発明の更に別の例示的実施形態は、複数の誘導結合素子および複数の供給ガス導管を有するプラズマ処理装置内で基体を処理する方法に関する。この方法は、所定のプラズマプロファイルを実現するために、複数の誘導結合素子に選択的に電力を分散させるステップと、プラズマ中の荷電種および中性種の分散を空間的に調節するために、複数の供給ガス導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップとを含む。
【００４０】
本発明のさらに他の例示的実施形態は、プラズマ処理装置とともに使用するための静電シールドに関する。静電シールドは少なくとも１つのコイルを含む誘導結合素子と処理チャンバの内側との間に設けられるよう構成されている。
【００４１】
上記例示的実施形態の変形例では、静電シールドは、誘導結合素子の少なくとも１つに垂直な方向に設けられた薄い金属ストリップのアレイを含む。静電シールドは、たとえば少なくとも１つの導電ループを有する。有利な実施形態では、導電ループはたとえば切断されている。この特別な実施形態の変形例では、導電ループは、たとえば、接地されているか、浮動状態にあるか、または、特定の電圧に維持されている。
【００４２】
上記例示的実施形態の別の変形例では、静電シールドは、たとえば、誘電結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有する。平坦なシートは、たとえば、少なくとも１つの不連続部分を有する。この不連続部分のサイズおよび構成はたとえば循環電流を阻止するのに十分なものである。
【００４３】
本発明の、これらのおよび他の特徴、態様および利点は以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲により、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、この詳細な説明に含まれかつその一部を構成し、詳細な説明とともに本発明の実施形態を例示し、本発明の基本を説明するために役立つものである。
【００４４】
当業者に向けられた、本発明の完全かつ実施可能な開示は、その最良の形態を含め、添付図面を参照して、詳細な説明に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図１Ｃ】本発明の別の実施形態に係るシリンダ状の誘導プラズマ処理装置の簡略化された部分断面図である。
【図２】図１Ａに示されるアプリケータ壁の、上方から見た簡略化された断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るチャンバのアプリケータ壁上の薄い誘電体窓に隣接して設けられた全体としてＵ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの例示的な誘導結合素子の簡略化された断面図である。
【図３Ｃ】チャンバのアプリケータ壁上の厚い誘電体窓に隣接して設けられた全体としてＵ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係るチャンバのアプリケータ壁上の全体としてＥ字状の磁束集中器を有する例示的な誘導結合素子の簡略化された透視図である。
【図５】本発明の例示的実施形態に係るシリンダ状の処理チャンバのアプリケータ壁上の簡略化された内側図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に係る誘導結合素子に電力を供給する例示的回路図である。
【図７】本発明の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接する例示的誘導結合素子の下方から見た図である。
【図８】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図９】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図１０】本発明の別の例示的実施形態に係る静電シールドを有する誘電体窓に隣接した例示的誘導結合素子を上から見た図である。
【図１１】長方形状のスケーラブルなプラズマ処理装置の簡略化された図である。
【図１２】図１１のスケーラブルなプラズマ処理装置において用いられる例示的誘導結合素子の拡大図である。
【図１３】図１１のスケーラブルなプラズマ処理装置において用いられる複数の例示的誘導結合素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施形態について以下詳細に記載し、１つまたは複数のその実施例が図面中に例示されている。各例は本発明の説明として記載されているものであり、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、本発明において種々の変形および修正をなしうることは当業者には明らかであろう。たとえば、１つの実施形態の一部として例示または記載された特徴を別の実施形態とともに用いてさらに別の実施形態を実現することができる。したがって、本発明は、記載されている特許請求の範囲に含まれるこのような修正および変更およびその均等物を包含するものである。
【００４７】
有効かつ拡張可能なＲＦ誘導プラズマ処理を提供する方法および装置が開示される。いくつかの態様では、誘導ＲＦエネルギーアプリケータとプラズマとの結合、および／または、アプリケータからの電力伝送の空間画定は大きく向上される。したがって、開示される方法および装置は、高い電気効率を実現し、寄生容量結合を低減しおよび／または処理の均一性を向上させる。
【００４８】
種々の実施形態には、壁により境界された処理チャンバと、チャンバ内に設けられた基体ホルダと、チャンバ壁の外側の誘導ＲＦエネルギーアプリケータとを有するプラズマ処理装置が開示されている。誘導ＲＦエネルギーアプリケータは、１つまたは複数のＲＦ誘導結合素子（ＩＣＥ）を有する。各誘導結合素子は、アプリケータ壁上の薄い誘電体窓の直近に設けられた磁束集中器を有する。
【００４９】
誘導結合素子は、薄い誘電体窓を介して集中器に指向的に磁束線を送り、磁束線の実質的な部分が誘電体窓から発せられ、アプリケータの下のチャンバ空間へと下方へ続く。磁束線はこの空間内で横方向に曲がり、その後上方に曲がり、誘電体窓に戻る。磁束線の大部分は、チャンバの内側から誘電体窓を介して誘導結合素子へと戻る。集中器からの高周波磁束線はしたがって誘導結合素子の直下の領域内のプラズマの一部を囲む。磁束は、この磁束により囲まれた領域の誘導結合されたプラズマ電流に電力を与える起電力を誘導する。
【００５０】
有利な実施形態では、導電シールドは誘導結合素子の磁束集中器の少なくとも一部を囲む。導電シールドは、処理チャンバ内に磁束線をさらに集める機能、および、プラズマ処理装置の他の要素、たとえば他の誘導結合素子およびガス供給導管から誘導結合プラズマを分離する機能を有する。さらに、導電シールドはプラズマ処理装置の他の要素から生じる誘導結合素子における電力損失を低減し、プラズマに供給される有効電力の測定を容易とし、処理制御を強化する。
【００５１】
本発明は、種々の異なる形態で実施可能である。以下の記載では、説明のため、多くの特定的な詳細が本発明の完全な理解のために記載されている。しかし、開示されている方法および装置は、これらの特定的な詳細によることなく実施可能であることは当業者には明らかであろう。他の例では、概念をあいまいとなることを避けるため、構造および装置が簡略化された形態で示されている。しかし、基本部分はこれらの特定的な詳細なしに種々の異なる形態で実施可能であることは当業者には理解されるであろう。すなわち、本発明の態様は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとみなされるべきではない。
【００５２】
明細書における「一（１つの）実施形態」の記載は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。明細書中のいろいろな場所における「一実施形態」等の記載の出現は、すべて同じ実施形態を必ずしも意味するものではなく、他の実施形態と互いに排他的な別のまたは代替的実施形態を意味するものでもない。
【００５３】
アプリケータおよび処理チャンバの実施形態について、図１Ａに示されるシリンダ状チャンバによりさらに理解される。図２は図１Ａに示されるシリンダ状チャンバ１０００の線２−２’に沿った上方断面図である。処理チャンバ１０００の内側には、静電チャックまたは他の基体ホルダなどの基体ホルダ１３０上に基体１３５が戴置されている。アプリケータは、チャンバ１０００のアプリケータ壁内の薄い窓１０１０の上の種々の位置に設けられたＩＣＥ１０２０、１０７０などの複数の誘導結合素子を有する。ＩＣＥ１０２０、１０７０はチャンバ１０００のアプリケータ壁上の各ＩＣＥの下に位置する環状領域１０３４、１０３５を介してＲＦ磁束を循環させる。各ＩＣＥ１０２０、１０７０からの磁束は以下のチャンバの各環状領域１０３４、１０３５において起電力を誘導しうる。誘導された起電力は一方で磁束により囲まれた領域の一部におけるプラズマ電流に電力を与える。この電流により、各ＩＣＥ１０２０．１０７０から、下方の各局所化領域１０３４、１０３５に電力が効率的に伝送される。
【００５４】
多くの実施形態において、供給ガスはアプリケータ壁の複数の供給ガス孔１０４１を介してチャンバ内に供給可能である。供給孔１０４１は供給ガス導管１０４０などの管を介して処理ガスを受ける。基体上方のＩＣＥ間に散在する孔を介して供給ガスを導入することにより、優れた処理均一性およびプロファイル制御が得られることがわかった。たとえば、図１Ａに記載されているように、供給ガス導管１０４０および供給孔１０４１は局所化された領域１０３４の近くに処理ガスを供給する。これにより、局所化領域１０３４に生成された誘導プラズマにおける中性種および荷電種の生成が強められる。
【００５５】
さらに、いくつかの用途では、種々の孔１０４０を介して複数の適切な流速でガスを供給することにより処理の均一性を改善することができる。たとえば、図１Ａおよび／または図２に記載の各供給ガス導管１０４０および供給孔１０４１を、予め選択された流速の処理ガスをチャンバ１０００に通すように構成することができる。これらの流速は所望の処理パラメタに基づいて調整可能である。たとえば、異なるガス導管１０４０から処理チャンバ１０００への種々の流速の供給ガスを制御することにより、プラズマ処理中の処理ガス中に生成される荷電種および中性種の空間分布を効率的かつ個別に調整することができる。
【００５６】
いくつかの処理用途では、処理チャンバの内側空間は低圧に維持される。従来の圧力センサ装置（容量マノメータ、イオンゲージ、液体マノメータ、スピンロータゲージなど）、ポンプ（油圧ポンプ、ドライ機械ポンプ、拡散ポンプなど）、および、圧力制御手段（自動フィードバック制御システムおよび／または従来のマニュアル制御など）を用いて、予め選択されたチャンバ圧を維持することができる。種々の実施形態では、任意の特定の種類のポンプ系、圧力センサ手段または予め選択された圧力を用いることによらない。真空ポンプ系では、アプリケータ壁および横方向チャンバ壁は少なくとも１つの環境における圧力差を支える。
【００５７】
アプリケータ壁の薄い誘電体窓領域上の２つの環状ＩＣＥ１０２０、１０７０が、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２に示されている。しかし、アプリケータ壁は、関連する薄い誘電体窓領域に隣接する、予め選択された種々の位置に設けられた、より多数のＩＣＥを有して構成されていてもよい。面積に比例してアプリケータ壁上の適切な位置に適切な数のＩＣＥを加えることにより、チャンバの断面積を拡張することができる。これらのＩＣＥは電力を分散し、処理の均一性を維持するようななり方で配置可能である。いくつかの実施形態では、拡張された面積の新たな増分毎に、比較的一定量の有効平均電力が増加する。
【００５８】
アプリケータ壁内の誘電体窓領域との記載は、ＩＣＥの直近の薄い窓の部分を意味するものと理解され、この窓を介して、ＩＣＥからの磁束線の実質的な部分が比較的均一な方向で、チャンバ内から発せられ、および／または、チャンバ内に戻る。アプリケータ壁および／または薄い窓領域は、種々の異なる方向に構成可能であることは理解されたい。たとえば、図１Ａに記載されているように、たとえば、石英またはセラミックなどの薄い誘電体窓ディスク１０１０が、チャンバの上面全体を覆うよう設けられ、上部層１１２５を用いて機械的結合により支持されている。
【００５９】
種々の実施形態では、図１Ｂに示されるように、薄い誘電体窓１０８７上の、ＩＣＥ１０２０、１０７０を設けるために用いられるキャビティを有する単一の誘電体ディスクから、一体型アプリケータ壁１０８５を構成することができる。この一体とされた比較的厚い領域は、上方のアプリケータ壁１０８５の上部全体にわたって周囲圧力を支えることができる。
【００６０】
種々の実施形態では、薄い誘電体窓１０８７は比較的狭く、チャンバ内が真空にある場合に外側の周囲圧力を支えるのに十分な機械的強さを有する。したがって、一方で、図１Ｂの窓領域１０８７の幅は、十分な安全域をもってチャンバの真空に対して周囲圧力に耐えるのに十分な狭さである。
【００６１】
他の実施形態では、チャンバ壁を保持する、比較的薄い負荷のくぼみおよび／またはチャネル内に設けられた、少なくとも１つの薄く比較的狭い一体型の誘電体窓部分が設けられている。くぼみ（溝）内の薄い誘電体窓がＩＣＥとプラズマ処理チャンバとの間に設けられている。薄い窓と受束チャネル幅は比較的薄い誘電体窓が周囲圧力に耐えることができるのに十分な薄さである。たとえば、図１Ｃに示されるように、薄い壁１０９３内のリップ１０８９は溝内の薄い誘電体窓１０９１を支持する。誘電体窓１０９１はチャンバ内の真空から外側周囲圧力を支えるのに十分な狭さである。
【００６２】
いくつかの実施形態では、図１Ａに示されるような大きく薄い窓を挟んだ低い圧力差は、窓の上の空間とつながるチャネルに、および／または、ＩＣＥ（図示せず）のための溝を含む支持構造におけるチャネルに、流体圧力をかけおよび／または真空とすることにより維持可能である。窓を挟んだ適切な圧力差はチャンバ圧の検出に基づいてチャネル内に圧力をかけ、および／または、排気するよう動作する制御ループなどの種々の手段を用いて維持することができる。
【００６３】
種々の実施形態では、チャンバプロファイルは、おおよそ、チャンバの上部内側端に設けられた平坦なアプリケータ壁内の誘電体窓上方の少なくとも１つのＩＣＥを有する環状のシリンダ状である。しかし、チャンバ形状は特許請求の範囲を限定するものではない。別の実施形態では、チャンバの断面は、長方形、楕円形、多角形等である。
【００６４】
別の実施形態では、プラズマの均一性を最適化するよう、ならびに／あるいは、電子密度および／またはエネルギー分散、反応種の濃度プロファイル、供給ガスの分解度および／またはその他などの種々の他の処理特性を最適化するよう動作可能なように、種々のＩＣＥは選択的にエネルギー供給される。たとえば、いくつかの実施形態では、種の損失が補償され、チャンバ周囲の周縁壁および他の実施形態に対する拡散損失から濃度が低下されるように、比較的より大きい電力量が処理チャンバの周縁に割り当てられる。また別の実施形態では、ＩＣＥの一部および／または全部に送られる電力は、低応力膜のために前駆体種を生成するように、適切なレートおよびデューティでパルス化される。
【００６５】
予め定めた電圧、電流および／または電力が適切なマッチングネットワークを用いて種々のＩＣＥに印加される。ＩＣＥに対する電圧、電流および／または電力制御のための例示的な電力回路および制御ループについて、図６を参照して以下詳細に述べる。さらに、種々のＩＣＥはチャンバ表面（基準接地）に比例する予め定めた値を有するＤＣおよび／またはＲＦ電位で駆動可能である。１つのＩＣＥに印加される電流および／または電圧は、たとえば、異なるＩＣＥおよび／またはチャンバ表面に印加される電流および／または電圧のいずれかに比例する予め定めた位相を有する。１つまたは複数のＩＣＥに印加される電圧の大きさおよび／または位相は、予め定めた電子および／またはイオンエネルギーおよび／または数分散特性を実現するために選択することができる。さらに、大きさおよび位相は、チャンバ内の種々の導電性表面に比例して予め定めたプラズマ電位を実現するために選択することができる。多くの実施形態では、チャンバ表面のエネルギー粒子の衝突を避けるために比較的低いプラズマ電位が選択される。たとえば、各ＩＣＥに印加される電圧は、チャンバ接地などの共通基準電位に比例して平衡化される。平衡化は、ＩＣＥとプラズマとの間の容量結合およびチャンバに関するＤＣプラズマ電位オフセットを避けおよび／または緩和するのに役立つ場合がある。しかし、いくつかの用途において、１つまたは複数のＩＣＥに個別に、または、異なる複数のＩＣＥに印加される電圧は、互いに対しておよび／またはチャンバに対して選択的に非平衡化される。選択されたＲＦ電圧の非平衡は、処理における、プラズマと、ウェハ、チャックおよび／または他のチャンバ表面との間の予め定めた時間平均ＤＣ電圧オフセットを実現するために役立つ場合がある。またさらに、電力波形特性、たとえば、振幅変調（パルス化を含む）、周波数変調および／または位相変調が、用途に応じて、１つまたは複数のＩＣＥに個別に、または、異なる複数のＩＣＥの間で異なるように選択的に印加されてもよい。たとえば、高周波ＲＦ励起の適切なパルス化は、シリコン窒化膜を堆積するプラズマに関し、化学的および／または機械的性質を修正するために用いることができる。
【００６６】
磁束集中器を有するＩＣＥが、ＩＣＥ直下の内側チャンバ内に比較的指向的にかつ深く磁束を送ることができることがわかった。さらに詳細には、ＩＣＥから薄い窓および誘電体窓の直下を介してチャンバ内に放射される磁束の指向性は、磁束集中器および十分に薄い窓によって制御可能である。
【００６７】
磁束集中器およびこれに隣接する、アプリケータ壁上の薄い窓を有するＩＣＥの相乗作用は、さらに図３Ａおよび３Ｂの簡略化された図によりさらに理解される。図示のように、ＩＣＥ８０７０は磁束集中器８０３０および平坦なコイル８０６０を有する。ＩＣＥ８０７０はさらにその境界領域の少なくともいくつかの部分（たとえばＩＣＥ８０７０の上および／または横方向の周縁領域）の上に高導電性シールド８０５０を有する。
【００６８】
磁束集中器８０３０は、強磁性金属、フェライトおよび／またはその他の透磁性材料から構成可能である。種々の実施形態では、たとえば、磁束集中器８０３０は真空に対して少なくとも１０の透磁性を有する透磁性材料を含む。図３Ａおよび３Ｂにおいて、導電シールド８０５０は、ＩＣＥ８０７０の上および／または横方向の領域の少なくとも一部を覆うよう設けられている。種々の実施形態では、導電シールドはＩＣＥを収容する構造により実現可能である。たとえば、図１Ａに関して、ＩＣＥ１０２０および／または１０７０の回りの溝を画定する部材１０２５および／または１１２５の近い部分は、たとえば、アルミニウム、銅、銀および／または金などの高導電性金属から構成されている。種々の実施形態では、部材１０２５および／または１１２５は導電性金属材料であってよい。
【００６９】
透磁性材料は、集中器の媒体中の磁束線に関して磁性経路抵抗を低減する。したがって、磁束線８０８５の上方部分は集中器内に全体として閉じこめられることがわかり、一方で、比較的少量の漏れが生じうる。上述のような高導電性シールドはＩＣＥにおける構造から発せられる電界線および磁界線に対するバリアとして効果的であることがわかった。種々の実施形態では、ＩＣＥの種々の部分を覆うシールドにより、磁束の閉じこめが向上されることがわかった。さらに、高導電性シールドは種々の実施形態において寄生電力損失および／または電磁干渉を低減および／または排除するために役立つ。
【００７０】
ＩＣＥ８０７０は、コイル８０６０の末端に印加される高周波電圧および／または電流によりエネルギー供給される。種々の実施形態では、コイルは平坦であってよい。薄い誘電体窓８０２０に隣接する平行導電体を有する平坦なコイル８０６０は、特に有効であることがわかった。コイル８０６０を流れる高周波電流は、処理チャンバ内の誘電体窓８０２０に隣接する局所化空間８０８０を介して循環する磁束線８０８５を刺激することができる。
【００７１】
種々の実施形態では、コイル８０６０を通る高周波電流は、磁束集中器８０３０の第１の一時的極領域から薄い窓８０２０の一領域を介してチャンバ内に全体として発せられる磁束線８０８５に電力供給するよう作用可能である。磁束線８０８５はチャンバ内の窓領域に隣接する局所化空間８０８０を介して循環し、第１の極領域８０３５とは異なる第２の一時的極領域８０３７に向かう比較的均一な方向で窓領域に戻る。磁束集中器８０３０は、全体として第１の極領域８０３５から予め定めた第１の方向８０７１（図３Ｂ）に磁束線８０８５を放射し、全体として予め定めた第２の方向８０７２（図３Ｂ）に、循環する磁束線を第２の極領域８０３７に戻すように構成可能である。
【００７２】
磁束がＩＣＥからこのように放射される場合、優れた電力結合および高い電力伝送効率が実現される。さらに、磁束集中器から循環される磁束はＩＣＥの直下のプラズマの空間において選択的にプラズマ電流を誘導しうるため、電力はＩＣＥからこの空間に直接伝送可能である。したがって、プラズマ電流および電力は、ＩＣＥから処理チャンバ内の予め選択された局所化空間に配置することができる。
【００７３】
種々の実施形態では、磁束集中器の一時的極面８０３５、８０３７が薄い窓に全体的に面し、内側チャンバ空間下方の最小有用距離ｔｗ内であるようにすることにより、薄い窓チャンバを介して処理チャンバ内に磁束が発せられ、薄い窓を介してチャンバから戻るようにすることができる。図３Ａに関して、集中器の極面８０３５、８０３７は、薄い窓８０２０に全体として面し、内側からほぼ１つの窓の厚さ８０２５の位置にある。最小有用距離ｔｗの値は、集中器の一時的極面８０３５、８０３７の間のギャップ距離（ギャップ距離８０３９）に依存することがわかった。
【００７４】
たとえば、図３Ａは、磁束集中器８０３０の一時的極面８０３５、８０３７がチャンバ内側の最小有用距離内にある場合を示す。図示のように、磁束８０８５の実質的な部分は、第１の極領域８０３５から発せられ、誘電体窓８０２０を介して処理チャンバの内側に入り、処理チャンバの内側から薄い誘電体窓８０２０を介して第２の極領域８０３７に戻る。本明細書において、磁束の実質的な部分とは、ＩＣＥから発せられる全磁束の少なくとも約１０％を意味する。
【００７５】
これに対し、図３Ｃには、磁束集中器８０３０の極面８０３５、８０３７がチャンバ内側の最小有用距離内に無いように、厚い誘電体窓８０２０に隣接して配置された磁束集中器８０３０を示す。図示のように、磁束線８０８５の一部は、誘電体窓８０２０を介してチャンバの内側に入らない。むしろ、磁束８０８５の多くは誘電体窓８０２０の内側にあるままであり、チャンバの内側に達することはない。
【００７６】
図３Ａに関して、一時的極面８０３５および８０３７の間のギャップ距離Ｄｇ（磁束が放射される領域とこれを受ける領域との間の境界から測定される）は、参照番号８０３９で示されている。ｔｗがチャンバの内側から距離約Ｄｇ／４未満であるとき（たとえばＩＣＥとチャンバの内側８０２０との間の距離が一時的極面の間の距離の１／４以下であるとき）、磁束は薄い窓を介してチャンバの内側に発せられ、チャンバの内側から薄い窓へ戻ることができることがわかった。より好ましくは、薄い窓領域へ入る全磁束のうちの大部分を発しおよび／または受けるＩＣＥの各連続領域は、チャンバの内側空間から約Ｄｇ／８の距離ｔｗ未満である。しかし、約Ｄｇ／２の距離ｔｗでも、許容される結果が得られる。
【００７７】
図３Ａおよび３Ｂに関する種々の実施形態では、磁束集中器はＵ字状および／またはＣ字状を有する。この構成では、磁束は、Ｕ字状および／またはＣ字状の集中器の一方の脚部を終端する領域から全体として放射され、他方の脚部において終端する領域において受けられる。両脚部の極領域の端部は、たとえば、示されるように、アプリケータ壁上の薄い窓に平行である。別の構成では、磁束集中器は、薄い窓に面した、磁束を放射するおよび／または磁束を受ける複数の領域を有する。
【００７８】
ＩＣＥから窓を介して窓の直下でチャンバ内に放射される磁束の指向性は、磁束集中器、磁束集中器周囲の導電シールドおよび誘電体窓の形状および物理特性に依存する。磁束集中器を有するＩＣＥは、誘電体窓を介してＩＣＥ直下でチャンバ内に磁束を深く放射することができることがわかった。磁束集中器の回りの材料もまた重要な役割を有する。この材料中に誘導されうる電流は磁束に影響し、材料の導電性に依存して、損失は性能を向上させまたは性能を低下させる場合がある。たとえば、高導電性シールドが少なくとも部分的に磁束集中器を囲む場合には、表面に誘導される電流はなんら大きな損失をもたらさないものの、磁束集中器内側の磁束を増大させ、したがって、誘電体窓に隣接するプラズマ内の磁束を増大させることができる。一方で、導電性が低い場合には、磁束への影響は低い場合もあるが、シールド中に誘導される損失も大きくなる可能性がある。最後に、磁束集中器の材料および形状には、好ましくは、高い磁束密度、低い損失係数、および、Ｕ字状またはＣ字状の磁束集中器の基部における比較的広いフットが含まれる。そうでなければ、磁束線は、好ましい垂直な方向に近い角度で出入りせず、磁束集中器を広い角度で分散して出入りすることになる。
【００７９】
異なる実施形態が、図４により理解される。図４には、平坦な平行コイル巻線８０６０、８０６２と、Ｅ字状の磁束集中器８０３０とを有するＩＣＥ８０７０を開示されている。第１のＲＦ電流が平坦なコイル巻線８０６０へと流され、第２の反相ＲＦ電流が平坦なコイル巻線８０６２へと流される（たとえば、各巻線への電流は位相が１８０°ずれている）。たとえば、巻線８０６０中の電流から得られる磁束線８０８５の一群は、第１の極領域８０３５から放射されおよび／または第２の極領域８０３７の一部において受けられる。たとえば、巻線８０６２中の電流から得られる磁束線８０９５の他の一群は、領域８０７５から放射されるか、および／または、第２の領域８０３７の一部において受けられる。磁束線の各群は、ＩＣＥ８０７０下の各空間においてプラズマ電流８０８２、８０９２に電力を供給可能な、チャンバ内に起電力を誘導する。これらの誘導プラズマ電流８０８２、８０９２はＩＣＥ下の薄い窓領域の下の各局所化空間、および、磁束集中器８０３０のいくつかの集中器極面の間にある。
【００８０】
ここで、隣接する一時的極面の間の距離Ｄｇには参照番号８０３５が付されている。また、チャンバ内側から極面を分ける距離は、おおよそ、薄い窓８０２５の厚さである。この構成では、極面８０３５および／または８０７５からの磁束は、極面から薄い窓８０２０を介して処理チャンバ内側に放射されうる。有利な構成では、薄い窓８０２０は約Ｄｇ／４未満、より好ましくはＤｇ／８未満の厚さ８０２５を有する。
【００８１】
一般に、外側のアプリケータとチャンバ内のＩＣＰとの間の比較的より高い結合係数は、アプリケータとチャンバ内側との間の距離が低減されるときに実現される。種々の実施形態では、薄い窓により、アプリケータは処理ガスに比較的近いものとされ、そこで処理チャンバ内にＩＣＰが維持される。アプリケータとＩＣＰとの間の比較的高い結合係数により、一般的に、より効率的な電力伝送が得られる。
【００８２】
別の実施形態が図５により理解される。図５には、シリンダ状の処理チャンバ内のアプリケータ１００を内側を下方から見た図が示されている。誘導アプリケータ１００は、外側のリングにフェライトコア様の磁束集中器１６０を有する複数のＩＣＥを備える。同様の磁束集中器のそれぞれは、チャンバ空間に面する側に、円状の断面と、Ｕ字状のチャネル１７３とを有する。平行なコイル巻線１８０はチャネル１７３を介してコア内に延びている。各集中器のチャネル１７３は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに関して示したような、軸対象の環状ＩＣＥと実質的に類似する磁束線およびプラズマ電流を実現できるようなやり方で配置されている。誘導アプリケータ１００はさらに、磁束集中器の中央脚部１６６と外側脚部１６５のとの間の溝における平坦な平行コイル導電体１８２を有する中心軸対称なＩＣＥをさらに有する。
【００８３】
ＩＣＥおよびその支持構造の上には薄いディスク状の誘電体窓（明らかではない）が設けられる。薄い誘電体窓は種々のＩＣＥおよび平坦なコイル巻線と接触している。ガスが薄い窓中の供給ガス孔１７０を介してチャンバの内側１９０に供給可能である。薄い窓の厚さは、磁束集中器の磁束を放射する領域と受ける領域との間の距離（極ギャップ）１６０、１６６、１６５の約１／１０未満である。したがって、各極面は、チャンバの内側から、極面間のギャップ距離の約１／１０の距離の内にある。この実施形態は、各ＩＣＥから隣接する薄い窓領域を介して指向的に磁束線を送り、チャンバの内側の各局所化空間を介して磁束線を循環させ、これらの磁束線がＩＣＥに薄い窓領域を介して全体として垂直に戻るよう作用可能である。循環する磁束線は、外側の磁束集中器の配列された溝における平坦なコイル巻線の下の局所化チャンバ空間における外側プラズマ電流リングと、内側のＩＣＥの磁束集中器の溝内の平坦なコイルリング下の内側プラズマ電流リングと、を誘導する。
【００８４】
種々の実施形態では、ＩＣＥは選択的にエネルギー供給可能である。いくつかの実施形態では、選択された位相関係を有する、異なる選択された量の電力は、アプリケータの種々の誘導結合素子に結合可能である。さらに、いくつかの実施形態では、基体に対する処理の均一性は、適切な量のＲＦ電力を種々のＩＣＥに選択的に供給することにより実現可能である。たとえば、いくつかの実施形態には、薄い窓の下の種々の局所化領域の空間内に種々のＩＣＥから選択された量の電力を供給するよう作用させるやり方の制御ループに接続された処理診断測定が含まれる。
【００８５】
図６は、ＩＣＥに電力を供給するための電力回路および制御ループの例を示す。図示されるように、ＲＦエネルギー源６１０はＴＬＴ（伝送線路トランス）６２０または任意の他の種類のトランス（図示のレギュラートランス）を有するマッチングネットワークを介して、ＩＣＥ６４０に電力を供給する。共振コンデンサ６３０はトランス６２０とＩＣＥ６４０との間に接続されている。ＲＦエネルギーがＩＣＥ６４０に印加されるとき、実質的な誘導結合プラズマ６５０が処理チャンバ内に生成される。共振コンデンサ６３０は、基体の処理中、コンデンサ６３０のリアクタンスがＩＣＥ６４０のリアクタンスおよび誘導結合プラズマを打ち消すようなサイズとされかつ配置されている。上記駆動回路を用いることにより、プラズマ６５０に供給される有効電力に基づいてＩＣＥ６４０に供給される電力を監視し、制御することができる。
【００８６】
システムに供給される電力を測定するすべての方法は、不正確さにより悪影響を受ける。既存の処理装置は、典型的には、マッチングネットワークに設けられた電力測定装置を用いて電力を監視する。この電力測定装置は、プラズマに供給される電力、ＩＣＥにおける損失、チャンバ外側のアンテナケージにおける損失、チャンバの内側における損失を捕捉する。これらのパラメタすべては異なるチャンバについて異なり、たとえば、ＩＣＥが置き換えられる毎に、および、異なるチャンバ毎に、処理制御パラメタの調整が必要となる。さらに、マッチングネットワークにおいて行われる測定は、有利には、任意の良好な（高Ｑ値）コイルのためのマッチングネットワークにおける電圧と電流の波形の間の大きな位相角の差（９０°に近い）により、ＩＣＥに印加される電流および電圧の波形に感度を有する。
【００８７】
図６の電力回路および制御ループを用いることにより、上述の不具合無く、プラズマに供給される有効電力の効率的な監視を行うことができる。図示されるように、電流センサ６６２および電圧センサ６６４を有する電力測定装置６６０は、トランスマッチングネットワーク６２０と共振コンデンサ６３０との間の位置における電圧および電流を測定する。共振周波数に近い周波数を用いるとき、この位置では電流と電圧の位相のずれは０°に近く、電圧および電流の波形の位相における小さな変化は電力測定に実質的に影響せず、不規則な波形の場合でも正確である。
【００８８】
さらに、共振コンデンサ６３０はＩＣＥ６４０とプラズマ６５０とのインダクタンスと共振するため、電流はＩＣＥおよびプラズマの積極的抵抗によってのみ決定される。任意の要素（プラズマ、コイル、他の損失性の要素たとえばシールドで囲まれたＩＣＥ）に供給される電力は、したがって単純に積Ｉ２Ｒｃｏｉｌである。磁束集中器とＩＣＥを囲む高導電性シールドとにより、ＩＣＥの壁における損失は小さく、コイルにおける損失からプラズマにおける損失を分離することはより容易となる。ＩＣＥを少なくとも部分的に囲む高導電性シールドを用いることにより、ＩＣＥは隣接する誘導結合素子および供給ガス導管からの干渉も低減させ、電力測定の制度をさらに向上させる。
【００８９】
図６に示すように、電圧センサ６６４により行われる電圧測定および電流センサ６６２により行われる電流測定は、信号計算器６７０に対して提供される。信号計算器６７０は、演算増幅器（たとえばＡＤ８１１）および広帯域乗算器（たとえばＡＤ８３５）等の従来のアナログデバイスに基づいてよい。増幅器（いくつかの場合には単純な分割器を用いることができる）は、任意の瞬間ｔにおける信号ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）を生成し、ついで、乗算器がＶ（ｔ）−ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）に電流Ｉ（ｔ）を乗ずる。リアルタイムにプラズマに供給される電力に比例する積Ｉ（ｔ）＊［Ｖ（ｔ）−ＲｃｏｉｌＩ（ｔ）］から準ＤＣ成分を抽出するためである。単純な積分ＲＣ回路を、ＲＦ成分を除去し、ＤＣ成分のみを残すために用いることができる。電流はしたがってＲＦ周期の各部において即時に測定され、波形の形状に感度を有しない測定となる。有利な実施形態では、Ｒｃｏｉｌは、ネットワークアナライザを用いて、プラズマを用いることなく、かつ、電力回路を共振周波数に調整することなく、決定可能である。
【００９０】
プラズマに供給される有効電力を決定した後、信号計算器６７０は、プラズマに供給される有効電力を表す有効電力信号６８０を発する。この有効電力信号６８０は、ＩＣＥに供給される電力へのマニュアルまたは自動での調整のための制御ループにより用いることができる。プラズマに供給される有効電力の測定に基づいてＩＣＥに送られる電力を調整することにより、プラズマ処理のより正確かつ効率的な制御を行うことができる。
【００９１】
このセンサ構成は、マッチング器の上流の電力を測定する、通常用いられるシステムと異なり、単一の電力発生器およびマッチング器からの複数の誘導結合素子を駆動する場合に、特に有利である。
【００９２】
ＩＣＥは、ＩＣＥ中の誘導素子の寄生容量結合による、無視できない量の容量結合プラズマを生成しうる。このような容量結合は望ましくない場合があり、処理の不均一性とアプリケータ窓のスパッタリングにつながる。ＩＣＥコイルのプラズマへの容量結合を低減するために、静電シールドまたはファラデーシールドがしばしば用いられる。既存の静電シールドは、プラズマへのＩＣＥ結合を大きく低減させ、ＲＦ電力における大きな損失を生じ、このことは誘導結合プラズマの伝送効率を低減させてしまう。
【００９３】
図７、８、９、１０は、本発明に従うプラズマ処理装置における容量結合を低減するために使用可能な改善された静電シールドの種々の例示的実施形態を示す。図７は誘電体窓７１０に隣接して配置された例示的なＩＣＥ７４０を下方から見た図を示す。ＩＣＥ７４０はたとえばコイルおよび磁束集中器を有する。しかし、当業者には、本明細書中に記載の開示により、本明細書に記載される静電シールドの実施形態が、本発明の範囲から離れることなく、いかなるＩＣＥとともに用いることができることを理解すべきである。
【００９４】
静電シールド７２０は誘電体窓７１０の上に設けられている。静電シールド７２０は任意の導電性材料、たとえば、銅、アルミニウムまたは他の適切な導電体から構成可能である。静電シールド７２０は任意の適切な処理により誘電体窓７１０に取り付けることができる。たとえば、静電シールド７２０は窓に、ネジ、接着剤、堆積により取り付け可能である。有利な実施形態では、静電シールド７２０は厚膜の堆積または自己粘着性の銅箔またはアルミニウム箔を用いて誘電体窓に取り付けることができる。
【００９５】
静電シールド７２０は、全体として、誘導結合素子７４０のコイルに実質的に垂直な方向に設けられた薄い金属ストリップ７２２のアレイから構成される。薄い金属ストリップ７２２は、プロセスチャンバ内から電界を効果的に遮蔽するのに十分なように互いに近くに配置されている。静電シールド７２０は異方性導電性の条件をほぼ満たす。すなわち、静電シールド７２０の導電性は、誘導場の方向においてほぼ０であり、誘導場に垂直でありかつプラズマ表面に正接する方向において実質的に大きさを有する。
【００９６】
図７に示されているように、薄い金属ストリップ７２２のアレイは、場のアプリケータの外側の導電ループ７２５と接続可能である。図７は２つの導電ループ７２５を示すが、より多くのまたはより少ない導電ループを本発明の範囲から離れることなく用いることができる。たとえば、有利な実施形態では、１つの導電ループは薄い金属ストリップのアレイを接続することができる。導電ループの位置も修正可能である。たとえば、導電ループは薄い金属ストリップのアレイのいずれかの端に沿って延びている。
【００９７】
有利な実施形態では。導電ループ７２５はたとえば接地または基準電圧に接続されている。別の実施形態では、静電シールド７２０を介してわずかの量の容量結合を生成するため、導電ループ７２５は浮動状態に維持される。わずかな容量結合はプラズマの点火または持続を助けるために、または、意図的にプラズマ中に不均一性を導入するために望ましい場合がある。別の実施形態では、導電ループ７２５はたとえば電圧源に接続される。導電ループに印加される電圧は、静電シールドを介して容量結合を制御するために調整可能である。
【００９８】
図８は、ギャップ７２７を形成するために導電ループ７２５が切断された静電シールド７２０の実施形態を示す。図８の静電シールド７２０は閉じた導電経路を有さず、したがって、ＲＦ電流を循環しない。これはＲＦ電力損失の低減のために用いられる。図８の静電シールド７２０はコイルの一端が接地された場合の、非平衡化された複数巻線のアンテナコイルの遮蔽（screening）に適している。この場合、静電シールド７２０は接地された中間点を有する閉じてない単一の巻線として作用可能である。誘導結合起電力の半分に等しいが反対の位相のＲＦ電圧は、ギャップ７２７を隔てる静電シールド７２０の両末端に進む。結果として、プラズマへの容量結合が低減される。
【００９９】
図９は導電ループを含まない静電シールド７２０の実施形態を示す。この特定の遮蔽は、スパッタリングをなくすために容量結合を低減するためのみ十分であるが、いくぶんかの容量結合を残し、わずかなアジムス方向のプラズマ不均一性を形成し、プラズマを点火し、保持する。図９の静電シールド７２０は平衡化されたＩＣＥと関して特に効果的な場合がある。平衡化されたＩＣＥにより、金属ストリップ７２２のアレイの各金属ストリップは、プラズマからＩＣＥコイルを遮蔽するための仮想的な接地として機能する。
【０１００】
図１０は本発明の実施形態において用いることのできる静電シールド７３０のさらに別の実施形態を示す。静電シールド７３０は誘電結合素子のコイル部分に平行に延びる平坦なシートを有する。静電シールドは好ましくは誘電体窓７２０の上に設けられ、静電シールドは誘導結合素子の磁束集中器の極面の間に位置し、極面は覆われていない。図示のように、平坦なシートは、少なくとも１つの不連続部分７３５を含む。不連続部分７３５は好ましくは静電シールド７３０における循環電流を阻止するようなサイズとされ、寸法決めされている。１つの不連続部分７３５が図１０に示されているが、より多くのまたはより少ない不連続部分が所望により含まれてよい。図１０の静電シールド７３０は容量結合を十分に遮蔽しないものの、誘電体窓のスパッタリングは大きく低減される。さらに、容量結合のいかなる不均一性も、静電シールド７３０により影響されない。
【０１０１】
大きな長方形の基体についての拡張可能な処理の実施形態が図１１および１２により理解される。図１１の上側は、長方形のチャンバの内側空間の上方の長方形の上方アプリケータ壁１６９５上の長方形のアレイにおける薄い誘電体ディスク状の窓の上方に設けられた種々のＩＣＥの上面図を示す。各ＩＣＥはＵ字状の磁束集中器１６１０を通る溝中に延びる平坦なコイル導電体１６０２を有する。種々の薄い誘電体ディスク窓１６９０は内側チャンバ空間上方の金属製の上方アプリケータ壁１６９５の下方表面に隣接するリップ上に支持されている。薄い誘電体ディスク窓１６９０はＵ字状の磁束集中器１６１０の脚部の間のギャップの約１／１０より薄い。コイル部分の対応する導電体１６０２と隣接するＩＣＥの対とは相互に接続されてもよい。
【０１０２】
種々の実施形態では、ＩＣＥは別のやり方で接続および／または電力供給可能である。図１１には、図示の直列−並列ＩＣＥ接続の部分のみが示されている。他の実施形態では、ＩＣＥは異なるやり方で電力供給可能である。たとえば、種々のＩＣＥのそれぞれにＲＦ電力が選択的に供給されてもよい。さらに別の実施形態では、複数のＩＣＥは並列に、直列に接続されるか、または、これらは直列接続および並列接続の種々の組み合わせに組み合わせてもよい。特許請求の範囲はＩＣＥ接続の電力供給の方法により限定されない。さらに、アプリケータ壁には多数の供給ガス孔があってよく、種々のやり方でこれらの孔を介して処理ガスが選択的に導入されてもよい。
【０１０３】
本発明に対するこれらのおよび他の修正および変更は、添付の特許請求の範囲により詳細に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、当業者によってなしうる。さらに、種々の実施形態の態様が全体または一部において交換可能であることは理解されるべきであろう。さらに、当業者は上述の記載は、例示のみによるものであり、添付の特許請求の範囲にさらに記載された発明を限定することを意図しないことは理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１０４】
１０００ 処理チャンバ、 １０２０、１０７０ ＩＣＥ、 １０９１ 誘電体窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ中で基体を処理する装置であって、
処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダと、
前記処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓と、
前記処理チャンバの外側に設けられた誘導アプリケータと、を備え、
前記誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、
前記少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器と、を有し、
前記磁束集中器は第１の極領域および第２の極領域を有し、
前記第１の極領域および前記第２の極領域は全体として前記少なくとも１つの誘電体窓に面し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器を少なくとも部分的に囲む導電シールドを有し、
前記誘導結合素子がエネルギー供給されたとき、ＲＦ周波数の磁束が前記磁束集中器から直接前記処理チャンバの内側に放射され、前記磁束の実質的な一部は前記第１の極領域から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側に発せられ、かつ、前記磁束の実質的な一部は前記処理チャンバの内側から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記磁束集中器の第２の極領域に戻る、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記誘導アプリケータは複数の誘導結合素子を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の極領域および前記第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられており、前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／２未満の位置に設けられている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／４未満の位置に設けられている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／２未満の厚さを有する、請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／４未満の厚さを有する、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記静電シールドは、アルミニウム、銅、銀または金から構成されている、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、処理ガスを前記処理チャンバの内側に供給するよう構成された複数のガス供給導管をさらに備え、
前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、前記誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して前記処理チャンバの内側に処理ガスを供給可能であり、
前記導電シールドは、前記誘導結合素子のコイル部分を前記複数のガス供給導管の少なくとも１つから分離する、
請求項１から９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、予め選択された流速の処理ガスを前記処理チャンバの内側へ通すよう制御されるよう構成されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記誘導結合素子は、マッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介してＲＦエネルギー源に接続されており、
前記装置は、前記マッチング回路と前記少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を備え、
前記装置は、前記電力測定装置から受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記誘導結合素子に供給されるＲＦ電力を制御するよう構成された制御ループを備える、
ことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は前記誘導結合素子と前記処理チャンバの内側との間の、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた静電シールドをさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記静電シールドは、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有し、
前記薄い金属ストリップのそれぞれは前記誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向に設けられている、
請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記薄い金属ストリップのアレイは導電ループにより接続されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記導電ループは切断されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記導電ループは接地されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
前記導電ループは浮動状態にある、請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
前記静電シールドは前記誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有し、
前記平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有する、
請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、
前記処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、
前記処理チャンバ内を１００トール未満の予め定めた圧力に維持するステップと、
前記処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、前記処理チャンバの外側の少なくとも１つの誘導アプリケータをＲＦ電力でもってエネルギー供給するステップと、
前記処理チャンバ内で誘導プラズマにより前記基体を処理するステップと、
を含む基体の処理方法であって、
前記処理チャンバは前記処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備え、
前記誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、
前記少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器とを有し、
前記磁束集中器は、第１の極領域および第２の極領域を有し、
前記第１の極領域および前記第２の極領域は、全体として前記少なくとも１つの誘電体窓に面し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器の近傍に設けられた導電シールドを有し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側にＲＦ周波数の磁束を直接循環させ、前記磁束の実質的な一部は前記第１の極領域から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側に発せられ、かつ、前記磁束の実質的な一部は前記処理チャンバの内側から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記磁束集中器の前記第２の極領域に戻る、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記誘導アプリケータは、複数の誘導結合素子を有する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の極領域および前記第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられており、前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／２未満の位置に設けられている、請求項２０または２１記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／４未満の位置に設けられている、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／２未満の厚さを有する、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／４未満の厚さを有する、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
所定のプラズマプロファイルを実現するために、前記複数の誘導結合素子に電力を選択的に分散させるステップをさらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
前記選択的に電力を分散させるステップは、
ＲＦエネルギー源からマッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介して前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つにエネルギー供給するステップと、
前記マッチング回路と前記少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を用いて、前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給される有効電力を測定するステップと、
前記電力測定装置を用いて測定された電力に少なくとも基づいてプラズマに供給される有効電力を決定するステップと、
前記プラズマに供給される有効電力に少なくとも部分的に基づいて、前記ＲＦ電力源から前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給されるエネルギーを制御するステップと、
を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップは、
前記処理チャンバの内側に処理ガスを供給するよう構成された複数のガス供給導管を介して処理ガスを通すステップであって、前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、前記誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して前記処理チャンバの内側にガスを供給する、ステップと、
プラズマ中の荷電種または中性種の分散を空間的に調節するために、前記複数のガス供給導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップと、
をさらに含む、請求項２０から２９のいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
前記処理装置は、前記誘導結合素子と前記少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備え、
前記静電シールドは、前記誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向の、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する、
請求項２０から３０のいずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
前記薄い金属ストリップの複数のアレイが少なくとも１つの導電ループにより結合されており、
前記方法は、前記処理チャンバの内側の容量結合プラズマを調節するために、前記少なくとも１つの導電ループに印加される電圧を調整するステップを含む、
請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記処理装置は、前記誘導結合素子と前記少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備え、
前記静電シールドは前記誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有し、
前記平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有する、
請求項２０から３２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１】
プラズマ中で基体を処理する装置であって、
処理ガスを閉じこめる内側空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの内側の、基体を保持する基体ホルダと、
前記処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓と、
前記処理チャンバの外側に設けられた誘導アプリケータと、を備え、
前記誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、
前記少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器と、を有し、
前記磁束集中器は第１の極領域および第２の極領域を有し、
前記第１の極領域および前記第２の極領域は全体として前記少なくとも１つの誘電体窓に面し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器を少なくとも部分的に囲む導電シールドを有し、
前記誘導結合素子がエネルギー供給されたとき、ＲＦ周波数の磁束が前記磁束集中器から直接前記処理チャンバの内側に放射され、前記磁束の実質的な一部は前記第１の極領域から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側に発せられ、かつ、前記磁束の実質的な一部は前記処理チャンバの内側から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記磁束集中器の第２の極領域に戻る、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記誘導アプリケータは複数の誘導結合素子を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の極領域および前記第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられており、前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／２未満の位置に設けられている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／４未満の位置に設けられている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／２未満の厚さを有する、請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／４未満の厚さを有する、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記静電シールドは、アルミニウム、銅、銀または金から構成されている、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、処理ガスを前記処理チャンバの内側に供給するよう構成された複数のガス供給導管をさらに備え、
前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、前記誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して前記処理チャンバの内側に処理ガスを供給可能であり、
前記導電シールドは、前記誘導結合素子のコイル部分を前記複数のガス供給導管の少なくとも１つから分離する、
請求項１から９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、予め選択された流速の処理ガスを前記処理チャンバの内側へ通すよう制御されるよう構成されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記誘導結合素子は、マッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介してＲＦエネルギー源に接続されており、
前記装置は、前記マッチング回路と前記少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を備え、
前記装置は、前記電力測定装置から受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記誘導結合素子に供給されるＲＦ電力を制御するよう構成された制御ループを備える、
ことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は前記誘導結合素子と前記処理チャンバの内側との間の、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた静電シールドをさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記静電シールドは、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有し、
前記薄い金属ストリップのそれぞれは前記誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向に設けられている、
請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記薄い金属ストリップのアレイは導電ループにより接続されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記導電ループは切断されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記導電ループは接地されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
前記導電ループは浮動状態にある、請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
前記静電シールドは前記誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有し、
前記平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有する、
請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
処理装置の処理チャンバの内側の基体ホルダ上に基体を戴置するステップと、
前記処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップと、
前記処理チャンバ内を１００トール未満の予め定めた圧力に維持するステップと、
前記処理チャンバの内側に実質的な誘導プラズマを生成するために、前記処理チャンバの外側の少なくとも１つの誘導アプリケータをＲＦ電力でもってエネルギー供給するステップと、
前記処理チャンバ内で誘導プラズマにより前記基体を処理するステップと、
を含む基体の処理方法であって、
前記処理チャンバは前記処理チャンバの壁の一部を構成する少なくとも１つの誘電体窓を備え、
前記誘導アプリケータは、少なくとも１つの誘導結合素子を有し、
前記少なくとも１つの誘導結合素子は、コイル部分と、透磁性材料から構成される磁束集中器とを有し、
前記磁束集中器は、第１の極領域および第２の極領域を有し、
前記第１の極領域および前記第２の極領域は、全体として前記少なくとも１つの誘電体窓に面し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器の近傍に設けられた導電シールドを有し、
前記誘導結合素子は、前記磁束集中器から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側にＲＦ周波数の磁束を直接循環させ、前記磁束の実質的な一部は前記第１の極領域から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記処理チャンバの内側に発せられ、かつ、前記磁束の実質的な一部は前記処理チャンバの内側から前記少なくとも１つの誘電体窓を介して前記磁束集中器の前記第２の極領域に戻る、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記誘導アプリケータは、複数の誘導結合素子を有する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の極領域および前記第２の極領域はギャップ距離分だけ隔てられており、前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／２未満の位置に設けられている、請求項２０または２１記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／４未満の位置に設けられている、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の極領域および前記第２の極領域は前記処理チャンバの内側から前記ギャップ距離の約１／８未満の位置に設けられている、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／２未満の厚さを有する、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／４未満の厚さを有する、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの誘電体窓は、前記ギャップ距離の約１／８未満の厚さを有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
所定のプラズマプロファイルを実現するために、前記複数の誘導結合素子に電力を選択的に分散させるステップをさらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
前記選択的に電力を分散させるステップは、
ＲＦエネルギー源からマッチング回路および少なくとも１つの共振コンデンサを介して前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つにエネルギー供給するステップと、
前記マッチング回路と前記少なくとも１つの共振コンデンサとの間に接続された電力測定装置を用いて、前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給される有効電力を測定するステップと、
前記電力測定装置を用いて測定された電力に少なくとも基づいてプラズマに供給される有効電力を決定するステップと、
前記プラズマに供給される有効電力に少なくとも部分的に基づいて、前記ＲＦ電力源から前記複数の誘導結合素子の少なくとも１つに供給されるエネルギーを制御するステップと、
を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記処理チャンバの内側に処理ガスを通すステップは、
前記処理チャンバの内側に処理ガスを供給するよう構成された複数のガス供給導管を介して処理ガスを通すステップであって、前記複数のガス供給導管の少なくとも１つは、前記誘導結合素子の近傍に設けられた供給孔を介して前記処理チャンバの内側にガスを供給する、ステップと、
プラズマ中の荷電種または中性種の分散を空間的に調節するために、前記複数のガス供給導管の少なくとも１つにおける処理ガスの流速を制御するステップと、
をさらに含む、請求項２０から２９のいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
前記処理装置は、前記誘導結合素子と前記少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備え、
前記静電シールドは、前記誘導結合素子のコイル部分に実質的に垂直な方向の、前記少なくとも１つの誘電体窓上に設けられた薄い金属ストリップのアレイを有する、
請求項２０から３０のいずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
前記薄い金属ストリップの複数のアレイが少なくとも１つの導電ループにより結合されており、
前記方法は、前記処理チャンバの内側の容量結合プラズマを調節するために、前記少なくとも１つの導電ループに印加される電圧を調整するステップを含む、
請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記処理装置は、前記誘導結合素子と前記少なくとも１つの誘電体窓との間に設けられた静電シールドをさらに備え、
前記静電シールドは前記誘導結合素子のコイル部分に平行に設けられた平坦なシートを有し、
前記平坦なシートは少なくとも１つの不連続部分を有する、
請求項２０から３２のいずれか１項記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１３−５０２６９６（Ｐ２０１３−５０２６９６Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５７１６（Ｐ２０１２−５２５７１６）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６１１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２６１２
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０２２７８７１４）マットソン テクノロジー インコーポレイテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】４７１３１ Ｂａｙｓｉｄｅ Ｐａｒｋｗａｙ， Ｆｒｅｍｏｎｔ， ＣＡ ９４５３８， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４６１１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２６１２
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０２２７８７１４）マットソン テクノロジー インコーポレイテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】４７１３１ Ｂａｙｓｉｄｅ Ｐａｒｋｗａｙ， Ｆｒｅｍｏｎｔ， ＣＡ ９４５３８， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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