JPH08321490A - ハイブリッドコンダクタおよび複数半径ドーム型シーリングを備えた高周波プラズマリアクタ - Google Patents

ハイブリッドコンダクタおよび複数半径ドーム型シーリングを備えた高周波プラズマリアクタ

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JPH08321490A
JPH08321490A JP8028140A JP2814096A JPH08321490A JP H08321490 A JPH08321490 A JP H08321490A JP 8028140 A JP8028140 A JP 8028140A JP 2814096 A JP2814096 A JP 2814096A JP H08321490 A JPH08321490 A JP H08321490A
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ceiling
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coil inductor
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JP8028140A
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Hiroji Hanawa
ハナワ ヒロジ
Gerald Zheyao Yin
ツェヤオ イン ジェラルド
Diana Xiaobing Ma
シャオビン マ ダイアナ
Philip M Salzman
エム． サルツマン フィリップ
Peter K Loewenhardt
ケイ． ローウェンハード ピーター
Allen Zhao
ツャオ アレン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマイオン密度分布の均一性を適正化する
ために、プラズマ特性の柔軟な用途の広い調整を許容す
るプラズマリアクタを提供すること 【解決手段】半導体ウエハを処理するための誘導結合型
高周波プラズマリアクタは、側壁（１０）及びシーリン
グ（１２）を有するリアクタチャンバと、そのチャンバ
内ウエハを支持するためのウエハペデスタル（３６）
と、高周波電源（２８、３０）と、処理ガスをリアクタ
チャンバに導入するための装置（２４）と、高周波電源
に接続されたリアクタチャンバ付近のコイル誘導子を含
み、このコイル誘導子は、（ａ）側壁の一部に対面し底
部巻線及び頂部巻線を含むサイドセクションであって、
頂部巻線はシーリングの頂部高さに少なくともほぼ相当
する高さにある前記サイドセクション、（ｂ）サイドセ
クションの頂部巻線から半径方向内側に伸びるトップセ
クションであって、少なくともシーリングの大部分の上
にほぼ横たわる前記トップセクションとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハを処
理する為に使用される高周波誘導あるいは容量結合プラ
ズマリアクタに関し、特に、ウエハ表面にわたりプラズ
マイオン密度の均一性を増加するための改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】誘導結合プラズマリアクタは、現在、メ
タルエッチング、誘電体エッチングおよび化学蒸着など
の幾つかの例を含む様々な半導体ウエハの処理を行う為
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１つの利点は、最小のプラズマ直流バイ
アスで大きいエッチング速度を許容するために高密度プ
ラズマのイオン密度が供給され、もって、プラズマ直流
バイアスのより高い制御が許容され、デバイス損傷が低
減される点である。このため、アンテナに印加されたソ
ース電源と、ウエハペデスタルに印加された直流バイア
ス電源は、別々に制御された高周波電源である。バイア
スとソース電源を別々にすることにより、周知技術によ
り、イオン密度およびイオンエネルギーの独立した制御
を容易にする。誘導結合プラズマを生成するため、アン
テナはチャンバの付近のコイル誘導子であり、このコイ
ル誘導子は高周波電源に接続されている。コイル誘導子
は、プラズマを発生および持続させる高周波電源を供給
する。コイル誘導子の幾何形状は、大部分において、リ
アクタチャンバ内のプラズマイオン密度の空間分布を決
定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そのようなプラズマリ
アクタに伴う１つの問題は、ウエハ表面にわたるプラズ
マイオン密度の空間分布がしばしば不均一であることで
ある。これはメタルエッチングプロセスにおける問題で
あり、例えば、エッチング速度がプラズマイオン密度に
より影響され、そのため、エッチング速度がウエハにわ
たり不均一になるからである。その結果、エッチングプ
ロセスは制御するのが困難であり、ウエハのある部分で
はデバイスをエッチングしすぎたり、ウエハの他の部分
ではエッチング不足になり、生産歩留まりの減少に至
る。
【０００４】不均一プラズマイオン分布の一つの原因
は、コイルの幾何形状および配置である。他の原因は、
プラズマ自身の形状であり、それはリアクタチャンバの
形状、特に、リアクタチャンバのシーリングにより大部
分が決定される。
【０００５】一般的に誘導結合プラズマリアクタのコイ
ル誘導子は、必然的にはリアクタチャンバ壁の形状に一
致しないが、リアクタチャンバを包んでいる。必然的
に、ウエハ表面の異なる領域は、最も近いコイル巻線か
ら異なる距離だけ離れており、そのため、異なるプラズ
マイオン密度を受ける。
【０００６】リアクタチャンバのシーリングの形状に依
存し、特に、例えば円錐形あるいは半球形シーリングの
場合には、より多くのプラズマ容積がウエハ中央の上方
に位置し、より少ないものがウエハたん端部に位置す
る。したがって、イオン束密度において、本来的な空間
的不均一性が存在する傾向にある。
【０００７】異なる方法が、James Ogle 氏に対する米
国特許第4 ,948,458号に開示されており、そこでは、プ
ラズマリアクタは、平坦シーリングおよびこのシーリン
グに横たわる（overlying）平坦なコイルアンテナを有
する。しかし、この方法は、一般的に、プラズマイオン
密度の均一性を何も改善しないことが分かっており、さ
らに、プラズマにおいて比較的大きな容量結合の傾向を
受け、プラズマイオンエネルギーの制御を妨害する。そ
の方法の変形例は、Chen et al に対する米国特許第5,3
68,710号で開示されており、そこで、チャンバの中央に
向かって絶縁体チャンバカバーの厚さを増加することに
より、密度のようなプラズマ特性を調整するために、あ
る試みがなされている。しかし、プラズマ特性を調整す
るどんな用途の広い柔軟な方法も、そのような技術を容
易にはしない。
【０００８】Novellus に譲渡された米国特許第 5, 34
6, 578 号は、弧状シーリングを有するリアクタを開示
する。しかし、プラズマ特性を調整するどんな用途の広
い柔軟な方法も、そのような技術を容易にはしない。
【０００９】そのため、プラズマイオン密度分布の均一
性を適正化するために、プラズマ特性の柔軟な用途の広
い調整を許容するプラズマリアクタの必要性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
を処理する誘導結合型高周波プラズマリアクタに具現化
されており、そのリアクタは、側壁およびシーリングを
有するリアクタチャンバと、チャンバ内でウエハを支持
するウエハペデスタルと、高周波電源と、処理ガスをリ
アクタチャンバ内に導入する装置と、高周波電源に接続
されたリアクタチャンバ付近のコイル誘導子であって、
(a)側壁の一部に面し底部巻線および頂部巻線を含み、
その頂部巻線がシーリングの頂部高さに少なくともほぼ
対応した高さにあるサイドセクション、(b)少なくとも
シーリングの実質的な部分の上に横たわるように、サイ
ドセクションの頂部巻線から半径方向内側に伸びるトッ
プセクションを含む前記コイル誘導子と、を含む。シー
リングは、ドーム型シーリングを含むことが好ましく、
それは複数半径ドーム形状にすることが可能で、シーリ
ングの周辺付近の最小曲率半径と、シーリングの頂点付
近の最大曲率半径とを有する。トップセクションは、平
坦なディスク型コイルになっているが、サイドセクショ
ンは、円筒形コイル、円錐台形コイルであって底部から
頂部にかけて半径が減少するもの、あるいは湾曲した巻
線であって底部から頂部にかけて半径が減少するものの
いずれかであることが好ましい。１つの実施例では、サ
イドセクションおよびトップセクションは単一の連続し
たコイル誘導子として形成されている。他の実施例で
は、トップセクションおよびサイドセクションは別々の
巻線になっており、高周波電源は一対の独立した高周波
電源を含み、トップセクション及びサイドセクションの
各一つにおいて高周波電源の独立した制御を可能にする
為に、各高周波電源はトップセクション及びサイドセク
ションのそれぞれ一つに接続されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】ここに説明された本発明の好適実
施例は、高周波電源に接続され、プラズマチャンバシー
リングに横たわる誘導子を用いているプラズマ電源電源
を参考にしており、この誘導子はコイル誘導子あるいは
アンテナであることが好ましく、例えば、特定の形状お
よび形状の範囲を有する。しかし、本発明は同一形状お
よび形状範囲の容量性電極である誘導子を用いるプラズ
マ電源を使用して実行されてもよく、コイル巻線は容量
性電極として単一の一体導電性フィルムにより置き換え
られる。いずれの場合も、誘導子（すなわち、コイル巻
線または一体型導電フィルム）は、以下に説明される円
錐台、円筒、ドーム型および複数の半径ドーム型を一例
とするような、ある形状の範囲内に横たわる三次元表面
あるいは形状を画成あるいは適合する。
【００１２】本発明は、コンダクタ及びシーリングの一
方あるいは両方の形状を変えることにより、プラズマイ
オン密度の形状を変化（sculpting）あるいは調節する
ことを可能にする。複数の半径ドーム形シーリングを備
え、個別にシーリングの異なる半径を調節し、所望のシ
ーリング形状を達成することにより、シーリング形状は
調節されることが好ましい。複数半径ドームのシーリン
グの実施例は、半径（半球）ドームを含む単一半径ドー
ムを含む他のどのシーリング形状よりもプラズマパワー
効率が大きいので、好ましい実施例である。所定のシー
リング形状に対するコンダクタ形状は、一極端例におい
て（at one extreme）直円筒形状からシーリングと正確
に適合する形状、非円弧形状あるいは当該範囲の他の極
端な例において（at the other extreme of the rang
e）直円筒形状のどちらかの形状に、形状の連続した広
がりの中で調整されている。
【００１３】これらの調整は、プラズマイオン密度をウ
エハ表面にわたり適切な均一性に近づけ、もって、適切
な処理均一性を達成する。このような調整は、イオン密
度が３つのファクター、すなわち、イオン拡散、コイル
誘導子付近の局所的イオン化およびシーリング表面のよ
うな表面付近の局所的再結合、により影響されることか
ら、プラズマイオン密度に影響を与える。ウエハ及びシ
ーリング間の距離とウエハ及びコイル誘導子間の距離が
比較的に短いリアクタ（必然的に限定されるわけではな
いが、例えば、それぞれ、３０ｃｍ、３２ｃｍ未満のオ
ーダー）において、後者の２つのファクタ（コイル誘導
子付近の局所的イオン化およびシーリング表面のような
表面付近の局所的再結合）は重要であり、本発明は良好
な影響で使用できる。そのため、コイル誘導子の形状を
変更は、コイル誘導子付近の局所的イオン化の空間的プ
ロファイルを変え、一方、複数半径シーリング形状の変
更は内部シーリング表面における局所的再結合の空間的
プロファイルを変更し、プラズマイオン密度を造り直
す。
【００１４】図１において、誘導結合型高周波プラズマ
リアクタは、接地された導電性円筒側壁１０と絶縁性シ
ーリング１２を有するリアクタチャンバ、チャンバの中
央で半導体ウエハ１６を支持するウエハペデスタル１４
を含むリアクタ、ウエハあるいはウエハペデスタル１４
の上部の面の付近から始まり、そこからチャンバの頂部
に向かって上方に伸びている、チャンバの上部を囲む円
筒型誘導子コイル１８、処理ガスをチャンバ内部に供給
するための処理ガス源２２及びガス入口２４、およびチ
ャンバ圧力を制御するポンプ２６を含んでいる。コイル
誘導子１８は、プラズマソース電源あるいは高周波発生
器２８により、慣例のアクティブ高周波整合回路網３０
を介して電圧が加えられ、コイル誘導子１８の頂部巻線
巻線は高電圧になり、底部巻線は接地される。ウエハペ
デスタル１４はバイアス高周波電源あるいは発生器３４
に接続された内部コンダクタ部分３２と（内部コンダク
タ部分と絶縁された）外部接地コンダクタ３６を含む。
導電性接地高周波シールド４０は、コイル誘導子１８を
囲んでいる。
【００１５】本発明の一態様によると、ウエハにわたる
プラズマ密度空間分布の均一性は、（円錐型あるいは半
球型シーリングに関し）シーリング１２を複数半径ドー
ムに形成し、個別にシーリングの複数半径の各一つを決
定あるいは調整することにより、改善される。図１の特
定の実施例における複数半径ドーム形状は、幾分、ドー
ムの中央部分の周りのドームシーリング１２の曲率を単
調化し、ドームの周辺部は急勾配の曲率を有する。図１
の複数半径ドームシーリングは２つの半径、すなわち、
頂部において１５インチ（３７．５ｃｍ）の半径Ｒ、隅
において３．５インチ（８．７５ｃｍ）の半径ｒを有す
る。他の実施例において、頂部半径Ｒｈａ１３インチ
（３２．５ｃｍ）であるが、隅の半径ｒは４インチ（１
０ｃｍ）である。
【００１６】本発明の１つの特徴によると、ウエハ１６
の円周端とウエハ表面の平面と交差したドーム１２の内
面との間の空間又は水平距離は、およそ１０ｃｍ（４イ
ンチ）である。これは、ウエハの均一プラズマ処理を端
部効果から開放することを確実にする。応用に応じて、
この空間は約８ｃｍから１５ｃｍの範囲内にあってもよ
いが、必ずしもそれに限定されるわけではない。
【００１７】図２に示されているように、コイル誘導子
１８は、模範的な（mirror）コイル構造において、高周
波電源２８、３０に結合されてもよく、これはGerald Y
in氏等により１９９４年７月１８日に"PLASMA REACTOR
WITH MULTI-SECTION RF COILAND ISOLATED CONDUCTING
LID"という名称で出願され、現在の譲受人に譲渡された
米国係属出願第08/277,531 に開示されている。図２の
模範的なコイル構造において、高周波電源２８、３０は
コイル誘導子１８の中央巻線に接続され、コイル誘導子
の頂部及び底部は両方とも接地されている。上記の参照
されたGeraldYin氏等による出願出願で説明したよう
に、模範的なコイル構造にはコイルの最大電位を減少す
るという利点がある。
【００１８】プラズマ密度分布は、図３に図示されたよ
うな円錐型コイル誘導子４０を円筒型コイル誘導子の代
わりに備えることにより、図１の実施例において得られ
るものから変形してもよい。図３の円錐型コイル誘導子
４０の上部巻線は、図１の円筒型コイル誘導子１８の上
部巻線より近くなっている。図４に図示されているよう
に、円錐型コイル誘導子４０は、図２を参照して上述さ
れたものに類似した模範的コイル構造において、電源２
８、３０に結合してもよい。
【００１９】図４は、円錐型コイル形状及び円弧状シー
リング形状との間の不適合性のため、円錐台型コイル誘
導子４０がシーリングの底部隅付近のタイル（tile）シ
ーリング１２から、シーリング／コイル中間面に沿った
他の位置より間隔を開けて配置されている。この特徴
は、シーリングの底部隅におけるスパッタリングを都合
良く抑制する。このため、多くの応用において、シーリ
ングの形状に適合していないコンダクタ（コイル誘導子
あるいは容量電極）が好ましい。
【００２０】図５は、本発明のハイブリッドコイル誘導
子４２の第１施例を図示する。ハイブリッドコイル誘導
子４２は、円筒形状部分４４を有し浅い頂部４６で終結
する単一コイルと同一のコンダクタから、連続して巻か
れているのが好ましい。円筒形状部分４４は、一般的に
図１の誘導子１８と類似した方法で構成されている。全
体のコイル誘導子４２は、同一の電源２８、３０によ
り、電圧が加えられる。図５の実施例は、図１の実施例
と同一方法で電源２８、３０に結合されており、そこで
は、頂部巻線４２ａが高周波高電圧、底部巻線４２ｂが
接地されている。さらに、ハイブリッドコイル誘導子４
２の頂部巻線４２ａは、浅い頂部４６の最も外部の巻線
４６ａであると同様に円筒部分４４の頂部巻線４４ａの
両方である。頂部４６の最も内側の巻線４６ｂの端部
は、同様に図５に示されているように接地されている。
図６は、どのように図５の実施例が、円筒部分４４の中
間巻線４４ｃのように、頂部巻線４２ａの他の巻線に対
する電源２８、３０の接続を移動することにより変形可
能かを図示する。図７は、浅い頂部４６が何も無い空間
あるいは内径ｒの開口４８を有する変形例を図示する。
この内側開口は、頂部４６がウエハ中央にて高いプラズ
マイオン密度を提供する傾向を補償することができ、図
７の実施例が、一般的に図５、図６の実施例よりも、よ
り均一なプラズマイオン密度を開口４８に供給する。
【００２１】図８は、浅い頂部４６および円錐側部コイ
ル５０から成り、図５の円筒部４４の代わりに図３の円
錐型コイル誘導子４０に対応したハイブリッド誘導子の
第２実施例を図示する。図５の実施例いるのでのよう
に、コイルの両方の部分４６、５０は同一の連続したコ
ンダクタから巻かれており、その頂部巻線５０ａに接続
された単一電源２８、３０は全体のコイル誘導子に電圧
を加える。図９は、図６のように、どのような電源２
８、３０が頂部巻線５０ａの他の巻線に接続されてもよ
い。図１０は、どのように中央開口４８が頂部コイル部
４６に円錐側部コイル５０と共に備えられるかを図示し
ている。
【００２２】図１１は、本発明のハイブリッドコイル誘
導子の第３実施例を図示し、そこでは、円筒側部４４ま
たは円錐側部コイル５０が、頂部４６の最も外側の巻線
４６に接続されている電源２８、３０を備えた、コイル
形状５２の湾曲セクション（例えばドーム）により、置
き換えられている。図５のように、両方のコイル部分４
６、５２は、同一のコンダクタから連続して巻き付けら
れており、１つの電源２８、３０で電圧が加えられる。
図１１では、中央あるいは頂部のコイル部分４６は最も
浅くなっているが、側部あるいは底部のコイル部分５２
は最も急になっており、この頂部コイル部分が最も密接
に複数半径ドームシーリング１２の中央の浅い形状に適
合し、この等角性は中央から半径方向に減少している。
他の実施例では、全体のコイル誘導子４６、５２は完全
な等角性に対するシーリングとして、まさに同一形状で
あってもよい。
【００２３】図１２は、どのように頂部４６の開口４８
が湾曲セクションの側部コイル５２に結合される可能性
があるかを図示している。コンダクタ（コイルコンダク
タ５２あるいは同一形状の容量性電極）がドームシーリ
ングと少なくともほぼ等角に（conformal with）なって
いる、図１２のような実施例において、シーリングの最
も高い部分（中央）がウエハより少なくとも７５ｃｍ
（３インチ）ある場合、イオン電流密度は、ウエハ中央
付近で高く、そのため、望ましくない不均一になりがち
である。（５０ｃｍ以下のような低い高さは、シーリン
グ付近の再結合効果（recombination effects）のた
め、ウエハ中央付近のイオン電流密度をウエハの他の部
分より低くさせる。）ウエハ中央における過剰イオン電
流密度の問題は、孔４８により解決されるが、その理由
は、孔４８が、孔４８の半径に依存して、ウエハ中央の
イオン電流密度を、ウエハの残部の周りのイオン電流密
度と一般的に同一であるレベルにまで減少するからであ
る。好ましくは、例えば図１２に図示されているよう
な、ほぼconformalなコンダクタ（例えばコイル誘導
子）を備える３０ｃｍ径のウエハを処理するための５０
ｃｍ径のチャンバは、直径１５ｃｍから２５ｃｍの範囲
にある孔４８が、ウエハ表面にわたり均一なイオン電流
密度を与える為に、必要であろう。他の例として、２０
ｃｍのウエハを処理するための３５ｃｍ径のチャンバ
は、１０ｃｍから２０ｃｍの範囲にある孔４８が必要で
あろう。
【００２４】コイル感応物質５２が天井１２で容易に等
角な図１２の実施例を実施することにより、直ちにプラ
ズマが形成（ignite）される。比較すると、図４の円錐
型コイル誘導子のような非等角実施例は直ちにプラズマ
が形成されるが、それらは前述したように、下部シーリ
ング隅付近でスパッタリングを一層良く抑圧する。その
ため、２０００ワットを越えるプラズマ源パワーレベル
では、図４の実施例が好ましいが、２０００ワット以下
のプラズマ源パワーレベルでは（等角コイル形状および
孔のシーリングを備えた）図１２の実施例が好ましい。
【００２５】図１３は、単一コイルの部分４４、４６を
電気的に分離し、別々に制御可能な独立高周波電源２
８、３０、２８’、３０’を備えた各コイル部分４４、
４６に電圧を加えることにより、どのように図５の実施
例が変形されるかを図示している。この特徴は、ウエハ
中央のプラズマイオン密度が、他に対し、電源３０、３
０’の一つのパワー出力を変えることにより、他の場所
のプラズマイオン密度に関し制御可能であるという利点
を有する。図１４、１５は、どのように同一変形が図
８、１１の実施例に対してなされ得るかを図示してい
る。
【００２６】もし望まれるなれらば、高周波源２８’、
３０’からのコイルの平坦な頂部に対する電源を増加す
ることにより、あるいはウエハ中央の不十分なプラズマ
イオン密度においてそれを減少することにより、ウエハ
中央のプラズマイオン密度を減少するために、図１３か
ら１５のデュアル電源実施例が使われてもよい。さら
に、コイル部分へのパワー入力に対してペデスタルおよ
び基板にバイアスをかけるために、パワー入力の更なる
調節が可能である。
【００２７】図１６を参照すると、図１の円筒型コイル
誘導子１８は、それぞれの直線コンダクタ６２ａ、６４
ａ、６６ａにより共通の頂点（apex）６８に接続された
複数（３つ）の同心螺旋状コンダクタ６２、６４、６６
から成る、複数の螺旋状コイル誘導子６０により置き換
えられてもよい。高周波整合回路網３０は頂点６８に接
続されているが、螺旋状コンダクタ６２、６４、６６の
端部６２ｂ、６４ｂ、６６ｂは接地されている。螺旋状
コンダクタ６２、６４、６６は、端部６２ｂ、６４ｂ、
６６ｂが等辺になるように等しい距離になっているのが
好ましい。そのような複数螺旋状コイル誘導子は、" IN
DUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH SYMMETRICAL
PARALLEL MULTIPLE COILS HAVING A COMMON RF TERMINA
L"という名称で、Xue-Yu Qian氏等により、１９９４年
１０月３１日に出願され、現在の譲受人に譲渡された、
米国特許出願第０８／３３２，５６９号において開示さ
れている。
【００２８】図１７によると、図５の直円筒形状のコイ
ル誘導子４２は、図１６のような複数の螺旋状誘導子６
０’により置き換えられてもよい。図１７では、複数の
螺旋状が複数の螺旋状コイル誘導子６０’から頂点６８
まで続いている。
【００２９】図１８によると、図１１のドーム形状のコ
イル誘導子は、共通の頂点６８”に接続された複数（３
つ）の同心螺旋状コンダクタ６２”、６４”、６６”か
ら成るドーム形状の複数の螺旋状コイル誘導子６０”に
より置き換えられてもよい。ここで開示された複数の螺
旋状コイル誘導子に適用可能な１つの変形において、頂
点６８”と全ての複数の螺旋状コンダクタ６２”、６
４”、６６”の端部は接地されているが、高周波整合回
路網３０は、複数の螺旋状コンダクタ６２”、６４”、
６６”の各々に沿った（along）中点に（例えば、図
２、４、６、８、９のミラー型コイル配置（configurat
ions）に類似して）接続されている。セクションの数は
２より大きいが、これは各々の複数の螺旋状コンダクタ
６２”、６４”、６６”を２つのセクションに分割す
る。２つのセクションに対し、当該セクションはミラー
型コイルである。このため、隣接したセクションは反対
に巻かれており（反対方向に巻かれており）、全セクシ
ョンからの磁界は、Yen 氏等および Qian 氏等による上
記参考出願の両方において記述されているように、構造
的に追加されている。Xue-Yu Qian 氏等による上記参考
出願で詳細に記述されたように、これは、複数の螺旋状
コイル誘導子を用いる実施例がミラー型コイル配置に応
じてどのように変形され、複数のコイルセクションを与
えるかを図示している。
【００３０】図１９によると、図１４の円錐台型コイル
誘導子４６は、共通の頂点８８で接続された複数（例え
ば３つ）の同心螺旋状コンダクタ８２、８４、８６から
成る同一形状の複数の螺旋状コイル誘導子８０により置
き換えられてもよい。図２０によると、ここで開示され
た複数の螺旋状コイル誘導子のいずれかに適用可能な更
なる他の変形例として、コイル誘導子８０は、２つの分
離して電源が供給されるセクション、トップセクション
８０ａおよび底部セクション８０ｂへと分離されてい
る。２つのセクション８０ａ、８０ｂは、別々に制御可
能な高周波発生器２８、２８’および高周波整合回路網
３０、３０’のそれぞれにより、独立して電源が供給さ
れている。更なる変形例において、上部８０ａを除去す
ることにより、ここで前述された図１０および図１２の
実施例のように、中央の孔を有する誘導子（８０ｂ）を
提供する。この方法においては、多くの他のプラズマ関
連ファクタにわたる適正制御の両方の利点が同時に得ら
れる可能性がある。
【００３１】要約すると、図１から図２０の実施例は、
一般的に円弧形状の非導電性あるいは誘電性シーリング
１２を含み、それはドーム型、好ましくはウエハペデス
タル３２、３６と間隔を開けて重複した関係で対面して
支持された複数半径ドーム型になっている。シーリング
１２の中央部は、コイル誘導子１８に対しておよびウエ
ハペデスタル３２、３６に対して中央にあって最も大き
い半径を有し、シーリング１２の周辺及び円周部は最も
小さい半径を有し、ウエハペデスタル３２、３６の中央
と重複する中央部は最も浅いか平坦になっており、シー
リング１２の直径の実質的な分割（a substantial frac
tion）を構成するが、残りの周辺部は最も急か最も湾曲
している。誘導子１８は、図１１、１２のように複数の
半径形に巻かれているが、図１、２の直円筒形から図５
から１４のコイル誘導子の頂部４６の平面形状に及び、
この範囲にある好適な円錐および複数半径形状であるこ
とが好ましい。図１１および１２の好適な複数半径コイ
ル誘導子５２は、（図１２におけるように）シーリング
１２の複数の曲率半径（multi-radius curvature）と等
角あるいは非等角になっている。実際、図１２を除く全
ての実施例は、形状が複数半径ドーム形状シーリングと
非等角であるコイル誘導子を有する。一般的に、非等角
のコイル誘導子に対して、誘導子（例えば図１１の複数
半径誘導子５２）は、少なくとも（誘導子の中央から）
中間半径の一領域を有し、それは、図５から図９および
図１２の実施例の場合のように誘導子の他の領域（例え
ば中央部分４６）より、シーリング１２から軸方向に多
少の間隔が開けられている。好適な複数半径誘導子５２
の場合において、誘導子の中央部（例えば図１１の中央
部４６）は、大部分がほぼ平坦になっており、シーリン
グ１２に最も近く、その中央（４６）では最大の曲率半
径、周辺では最小の曲率半径を有する。もし、複数半径
の誘導子に２つの曲率半径だけが存在する場合、最大の
曲率半径は周辺から内側の中間部まで及ぶが、最小の曲
率半径は周辺から中間部まで及ぶ。また、誘導子の中央
における最大値から周辺における最小値まで単調に多数
の半径が前進する（progressing）ことが望ましい。図
７、１２、２０のような好適実施例では、誘導子は中央
の孔あるいは穴（例えば図１０の穴４８）を画成し、そ
れは、誘導子の中央で放射された高周波パワーを減少す
ることにより、プラズマ密度を変化させる（sculptin
g）方法を提供するという利点を有する。この特徴は、
特に、中央平坦誘導子部分を有する図５から図１５の実
施例にとって相補的である。
【００３２】前述した特徴の各々は、これらの他の特徴
と適当に組み合わされ、プラズマ密度の空間分布を多面
的変化（a multi-faceted sculpting）を達成させる為
に、各々は、プラズマ過度にあるいは最小限化されても
よい。特に、プラズマ密度分布を適正化する為の多くの
有用なコイル形状は、シーリング形状に関し非等角であ
り、そこでは、コイル形状の中間半径領域は、（例え
ば、図１１におけるように）シーリングの中央に最も近
い部分より多少、軸方向にシーリング表面から離れて配
置されている。一つの利点は、この間隔がシーリングの
底部中央付近で顕著なところで、シーリングのスパッタ
リングが減少される点である。
【００３３】図２１のグラフは、コイル誘導子の形状を
調節することが、どのようにプラズマイオン密度空間分
布を調節するかを図示している。垂直軸はプラズマイオ
ン密度であり、水平軸はウエハ中央からの半径方向の距
離である。白丸印により表示されたデータポイントは、
複数半径型シーリングと等角のコイル誘導子を用いて得
られた実験データを示す。菱形で表示されたデータポイ
ントは、直円筒形コイル誘導子を用いて得られた実権デ
ータを表示する。図２１のグラフは、直円筒形コイル誘
導子は、等角の（ドーム形）コイル誘導子で得られたも
のと比較して、より平坦なイオン密度分布を与えること
を示す。
【００３４】複数ドーム型シーリングを用いて、ウエハ
表面にわたる電流分布を削る為にチャンバ圧を変化させ
てもよい。特に、ウエハ中央での過度のイオン電流密度
を訂正するためには圧力を増加させるべきであるが、ウ
エハ中央での不充分なイオン電流密度を訂正するために
は当該圧力は減少されなければならない。例えば、１０
ｃｍ石英ドーム型シーリングを備え、１５００ワットの
プラズマ電源が印加される、図１２のような等角コイル
の場合において、電流分布均一性を適正化するための理
想的なチャンバ圧は約１０ミリトールのオーダーであ
る。
【００３５】同様に、（例えば、高周波電源２８から）
印加されたプラズマ電源は、ウエハ表面にわたるイオン
電流密度を削る為に変化してもよい。特に、ウエハ中央
での過度のイオン電流密度に対する訂正の為に高周波パ
ワーは減少されるべきであるが、ウエハ中央での不十分
なイオン電流密度を訂正する為に高周波パワーは増加さ
れるべきである。例えば、１０ｃｍ石英ドーム型シーリ
ングを備え、１５００ワットのプラズマ電源が印加され
る、図１２のような等角コイルの場合において、イオン
電流分布均一性を適正化するため、高周波電源２８から
の理想的な高周波パワーレベルは約１５００ワットのオ
ーダーである。
【００３６】本発明は、メタルエッチングプラズマリア
クタにおける応用例を参考にして開示されてきたが、半
導体（シリコン）エッチング、絶縁膜（例えば酸化シリ
コン）エッチング、化学蒸着、物理蒸着などを行う為の
プラズマリアクタにも有用である。
【００３７】図１から２０の各１つは、チャンバシーリ
ングの上に横たわり、円錐や円筒又はドーム型のような
三次元表面と等角な特定形状を有するコンダクタによ
り、プラズマ電源高周波パワーを用いて、どのようにプ
ラズマリアクタチャンバがさらされるかを図示してい
る。これらの図の各々はそのコンダクタがどのようにコ
イル誘導子であってもよいかを示すが、そのコンダクタ
は同一形状（同一の三次元表面）の容量性電極であって
もよいことが理解される。いずれの場合においても、ペ
デスタル３６は高周波バイアス源に必ずしも接続されて
いなくてもよく、コンダクタがコイル誘導子というより
容量性電極である場合にはそのように接続されていない
方が好ましい。
【００３８】本発明は好適実施例に特に参照して詳細に
説明されてきたが、その変更例および変形例は本発明の
精神および範囲から逸脱することなく行われてしかるべ
きであることが理解される。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、プラズマイオン密度分布の均一性を適正化するた
めに、プラズマ特性の柔軟な用途の広い調整を許容する
プラズマリアクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、発明の台１実施例に対応した誘導結合
型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図２】図２は、本発明の第２実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図３】図３は、本発明の第３実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図４】図４は、本発明の第４実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図５】図５は、本発明の第５実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図６】図６は、本発明の第６実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図７】図７は、本発明の第7実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図８】図８は、本発明の第８実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図９】図９は、本発明の第9実施例に対応した誘導結
合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側面図で
ある。
【図１０】図１０は、本発明の第１０実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１１実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１２実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１３実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１４実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１５実施例に対応した
誘導結合型高周波プラズマリアクタの簡略された断面側
面図である。
【図１６】図１６は、複数の同心螺旋状導体から成るコ
イル誘導子を用いる、図１に対応した実施例を図示す
る。
【図１７】図１７は、複数の同心螺旋状導体から成るコ
イル誘導子を用いる、図５に対応した実施例を図示す
る。
【図１８】図１８は、複数の同心螺旋状導体から成るコ
イル誘導子を用いる、図１１に対応した実施例を図示す
る。
【図１９】図１９は、複数の同心螺旋状導体から成るコ
イル誘導子を用いる、図１４に対応した実施例を図示す
る。
【図２０】図２０は、誘導子の異なる部分が独立して電
源が供給される、図１９の実施例の変形例を図示する。
【図２１】図２１は、ドーム型シーリングと等角のコイ
ル誘導子（a coil inductor conformal with the dome
ceiling）および直角円筒型コイル誘導子（a right cyl
inder coil inductor ）に対するプラズマイオン束密度
の空間分布を比較する実験データのグラフである。
【符号の説明】 １０ 導電性円筒側壁、１２ 絶縁性シーリング、１４
リアクタチャンバ、１６ 半導体ウエハ、１８ 円筒
型コイル誘導子、２２ 処理ガス源、２４ ガス入口、
２６ ポンプ、２８、３０ 高周波電源又は発生器、３
２ 内部コンダクタ部分、３４ 高周波電源又は発生
器、３６ ペデスタル、４０ 円錐型コイル誘導子、４
２ コイル誘導子、４４ 円筒部、４６ 頂部、４８
中央開口、５０ 円錐側部コイル、５２ コイル誘導
子、６０ 螺旋状コイル誘導子、６２、６４、６６ 同
心螺旋状コンダクタ、８０ コイル誘導子、８２、８
４、８６同心螺旋状コンダクタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド ツェヤオ イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94089， サニーヴェール， モース ア ヴェニュー 1093 ナンバー17−205 (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 95070， サラトガ， キルト コート 19600 (72)発明者 フィリップ エム． サルツマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95125， サン ノゼ， フェアグレン ドライヴ 2282 (72)発明者 ピーター ケイ． ローウェンハード アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95051， サンタ クララ， ペッパー ツリー レーン 812−900 (72)発明者 アレン ツャオ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94040， マウンテン ビュー， カリフ ォルニア ストリート 1900 ナンバー６

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマリアクタであって、ほぼ円弧形
    状のシーリング（１２）を備えるリアクタチャンバと；
    処理の為にウエハを支持するウエハペデスタルであっ
    て、前記シーリングは前記ペデスタルと重複する関係に
    て間隔を開けて対面して支持される前記飢えはペデスタ
    ルと；前記チャンバに処理ガスを導入する手段と；高周
    波電源（２８、３０）と；前記高周波電源に結合され、
    前記ほぼ円弧形状シーリングに等角な形状を含み、直円
    筒形状を含み、これらの形状に及ぶ範囲内に入る形状を
    有する、前記シーリング付近のコンダクタと；を備える
    プラズマリアクタ。
  2. 【請求項２】 前記シーリングは、前記シーリングの周
    辺付近で最小限の曲率半径、前記シーリングの頂点付近
    で最大曲率半径を有する請求項１記載のリアクタ。
  3. 【請求項３】 前記コンダクタはコイル誘導子である、
    請求項２記載のリアクタ。
  4. 【請求項４】 前記高周波電源は、複数の独立した高周
    波高周波電源（３０、３０’）を有し、前記コイル誘導
    子は、別々にそれぞれの前記複数の独立した高周波電源
    に接続されている、複数の独立したコイルセクションを
    備える、請求項３記載のプラズマリアクタ。
  5. 【請求項５】 前記コイル誘導子は、複数の同心螺旋状
    コンダクタ（６２、６４、６６）を備える、請求項３記
    載のプラズマリアクタ。
  6. 【請求項６】 前記コイル誘導子は、前記高周波電源に
    わたって接続された複数の反対方向に巻かれたセクショ
    ンである、請求項３記載のプラズマリアクタ。
  7. 【請求項７】 前記コイル誘導子の形状は、前記コイル
    誘導子が少なくとも前記チャンバに重複している浅い頂
    部と、前記頂部から下方に延びている急な底部とを含む
    ような形状である、請求項３記載のリアクタ。
  8. 【請求項８】 前記コイル誘導子の形状は、少なくとも
    部分的にドーム形状になっている、請求項３記載のリア
    クタ。
  9. 【請求項９】 前記急な底部は円錐台である、請求項７
    記載のリアクタ。
  10. 【請求項１０】 前記急な底部は円筒である、請求項７
    記載のリアクタ。
  11. 【請求項１１】 前記急な底部はドーム形状である、請
    求項７記載のリアクタ。
  12. 【請求項１２】 前記コンダクタは、前記シーリングの
    中央から、ある半径方向の距離において、少なくとも１
    つの領域を有し、それは前記シーリングからも前記コン
    ダクタの他の領域よりも間隔を開けて配置されている、
    請求項１記載のプラズマリアクタ。
  13. 【請求項１３】 前記コンダクタは、前記壁部分付近で
    巻かれ、前記シーリングの径より小さい径の中央孔を画
    成するコイル誘導子を備える、請求項１記載のリアク
    タ。
  14. 【請求項１４】 前記コイル誘導子は、前記シーリング
    の中央付近の平坦形状に接近する、請求項１３記載のリ
    アクタ。
  15. 【請求項１５】 前記コイル誘導子は、複数半径形状で
    ある、請求項１４記載のリアクタ。
  16. 【請求項１６】 前記シーリングは、ペデスタルの中央
    の上方の径の実質的な分割にわたる平坦な配置に接近し
    ている、請求項１記載のリアクタ。
  17. 【請求項１７】 前記コンダクタは、前記シーリングの
    中央付近の第１半径位置で最大曲率半径を有し、前記第
    １半径位置から外方向の第２半径位置にて最小曲率半径
    を有する、請求項１６記載のリアクタ。
  18. 【請求項１８】 前記コンダクタは、コイル誘導子を備
    え、前記第１半径位置は前記中央から第１距離だけ離れ
    て配置され、前記コイル誘導子は、前記シーリングの付
    近で前記第１距離で始まり、そこから外方向に伸びてい
    る、請求項１７記載のリアクタ。
  19. 【請求項１９】 前記コイル誘導子は、前記シーリング
    形状とほぼ等角である、請求項１８記載のリアクタ。
  20. 【請求項２０】 前記コイルは、前記シーリングの形状
    と等角でない、請求項１８記載のリアクタ。
  21. 【請求項２１】 前記コイル誘導子の前記第２半径位置
    は、前記シーリングの周辺に対し、内側半径方向に位置
    している、請求項１８記載のリアクタ。
  22. 【請求項２２】 前記コイル誘導子は、前記第１半径位
    置にて前記シーリング付近に位置し、前記第２半径位置
    にて前記シーリングと間隔を開けて配置されている、請
    求項２１記載のリアクタ。
  23. 【請求項２３】 前記コイル誘導子の第２半径位置は、
    前記シーリングの周辺に対し内側半径方向に位置されて
    いる、請求項２２記載のリアクタ。
  24. 【請求項２４】 前記コイル誘導子は、（ａ）前記シー
    リングの周辺部に対面し、底部巻線及び頂部巻線を備え
    るサイドセクションであって、前記頂部巻線は前記シー
    リングの底部高さにほぼ相当する高さにある、前記サイ
    ドセクションと、（ｂ）前記サイドセクションの前記頂
    部巻線から内側半径方向に伸びるトップセクションであ
    って、前記シーリングの少なくとも大部分の上方に横た
    わる前記トップセクションと、を備える請求項３記載の
    リアクタ。
  25. 【請求項２５】 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２４記載のリアクタ。
  26. 【請求項２６】 前記サイドセクションは円筒形コイル
    である、請求項２４記載のリアクタ。
  27. 【請求項２７】 前記サイドセクションは、半径が底部
    から頂部へと減少する円錐台形コイルである、請求項２
    ４記載のリアクタ。
  28. 【請求項２８】 前記サイドセクションは、半径が底部
    から頂部へと減少する湾曲形巻線である、請求項２４記
    載のリアクタ。
  29. 【請求項２９】 前記頂部巻線は半径方向に最も内側部
    分の巻線を有し、前記サイドセクション及び前記トップ
    セクションは、２つの端部を有する単一の連続したコイ
    ルコンダクタとして形成され、前記端部の一つは前記底
    部巻線の終結部であり、前記端部の他の一つは前記頂部
    巻線の半径方向に最も内側部分の巻線終結部である、請
    求項２４記載のリアクタ。
  30. 【請求項３０】 前記高周波電源は、前記トップセクシ
    ョンの最も内側の巻線および前記サイドセクションの前
    記底部巻線間で前記コイル誘導子の中間巻線に接続され
    ており、前記コイル誘導子の前記端部の各々は接地され
    ている、請求項２９記載のリアクタ。
  31. 【請求項３１】 前記高周波電源は、前記サイドセクシ
    ョンの前記頂部巻線に接続されており、前記コイル誘導
    子の前記端部の各々は接地されている、請求項２９記載
    のリアクタチャンバ。
  32. 【請求項３２】 前記トップセクションの半径方向に最
    も内側の巻線は、前記トップセクションの半径の実質的
    な分割（a substantial fraction）を備え、もって、前
    記トップセクションにて空洞部（an empty void）を形
    成する、請求項２４記載のリアクタ。
  33. 【請求項３３】 前記誘導子は、前記シーリングの周辺
    付近では前記シーリングの周辺より大きい曲率半径を有
    するが、前記シーリングの中央では前記シーリングの中
    央と同様の曲率半径になる、請求項３記載のリアクタ。
JP8028140A 1995-02-15 1996-02-15 ハイブリッドコンダクタおよび複数半径ドーム型シーリングを備えた高周波プラズマリアクタ Withdrawn JPH08321490A (ja)

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