JPH1027785A - ハイブリッドインダクタ及びマルチ半径ドーム形シーリングを有するｒｆプラズマリアクタ - Google Patents

ハイブリッドインダクタ及びマルチ半径ドーム形シーリングを有するｒｆプラズマリアクタ

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JPH1027785A
JPH1027785A JP9055376A JP5537697A JPH1027785A JP H1027785 A JPH1027785 A JP H1027785A JP 9055376 A JP9055376 A JP 9055376A JP 5537697 A JP5537697 A JP 5537697A JP H1027785 A JPH1027785 A JP H1027785A
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エム． 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
ザオ アレン
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Abstract

(57)【要約】 半導体ウエハを処理するための誘導結合型ＲＦプラズマ
リアクタリアクタは、側壁及びシーリングを有するリア
クタチャンバとそのチャンバ内にウエハを支持するため
のウエハペデスタルとＲＦ電源と、処理ガスをリアクタ
チャンバに導入するための装置と、ＲＦ電源に接続され
たリアクタチャンバに隣接するコイルインダクタを含
み、このコイルインダクタは、（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延びるトッ
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。本
発明は、ドーム基部に関するドーム頂点高さの特定範囲
及びドーム頂点に関する特定のウエハ位置の特定範囲を
含む最適なコイルドーム幾何形状に従う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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（ＲＦ）誘導あるいは容量結合プラズマ
リアクタに関し、特に、ウエハ表面全体にわたりプラズ
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、誘電体エッチング及び化学蒸着などの
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ＲＦ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、
イオン密度及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
チャンバに隣接しているコイルインダクタであり、この
コイルインダクタはＲＦ電源に接続されている。コイル
インダクタは、プラズマを発生及び持続させるＲＦ電源
を供給する。コイルインダクタの幾何形状は、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】そのようなプラズマリアクタに伴う１つの
問題は、ウエハ表面全体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全体（全面）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、コイルの幾何形状及び配置である。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（天井）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
ルインダクタは、必ずしも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、平坦シーリング及びこのシーリング
の上側に配された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5,368,710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、密度な
どの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】
【発明の概要】本発明は、半導体ウエハを処理する誘導
結合型ＲＦプラズマリアクタに具現化されており、その
リアクタは、側壁及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、ＲＦ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、ＲＦ電源に接続されたリアクタチャンバ
隣接しているコイルインダクタであって、(a)側壁の一
部に面し底部巻線及び頂部巻線を含み、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
含む前記コイルインダクタと、を含む。シーリングは、
ドーム形シーリングを含むことが好ましく、それはマル
チ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
スク形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つの実施形態では、サイドセ
クション及びトップセクションは単一の連続したコイル
インダクタとして形成されている。他の実施形態では、
トップセクション及びサイドセクションは別々の巻線に
なっており、ＲＦ電源は一対の独立したＲＦ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ＲＦ電源の独立した制御を可能にする為に、各Ｒ
Ｆ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】
【好ましい実施形態の詳細な説明】ここに説明された本
発明の好適な実施形態は、ＲＦ電源に接続され、プラズ
マチャンバシーリングの上にあるインダクタを用いてい
るプラズマ電源を参考にしており、このインダクタはコ
イルインダクタあるいはアンテナであることが好まし
く、例えば、特定の形状及び形状の範囲を有する。しか
し、本発明は同一形状及び形状範囲の容量性電極である
インダクタ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、イ
ンダクタ（すなわち、コイル巻線又は一体型導電フィル
ム）は、以下に説明される円錐台、円筒、ドーム形及び
マルチ半径のドーム形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。好ましくはマルチ半径のドーム形シ
ーリングを設け、個別にシーリングの異なる半径を調節
し、そして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。マルチ半径ドームの
シーリングの実施形態は、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、好ましい実施形態であ
る。所定のシーリング形状に対するコイルインダクタ形
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 e
xtreme of the range）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
エハ表面全体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
イルインダクタ付近の局所的イオン化及びシーリング表
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インダクタ
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，３２ｃ
ｍ未満のオーダー）において、後者の２つのファクタ
（コイルインダクタ付近の局所的イオン化及びシーリン
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
ルインダクタの形状を変更は、コイルインダクタ付近の
局所的イオン化の空間的プロファイルを変え、一方、マ
ルチ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ＲＦ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
形インダクタコイル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、及びチ
ャンバ圧力を制御するポンプ２６を含んでいる。コイル
インダクタ１８は、プラズマソース電源あるいはＲＦ発
生器２８により、慣例のアクティブＲＦ整合回路網３０
を介して電圧が加えられ、コイルインダクタ１８の頂部
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ＲＦ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ＲＦシールド４０は、コイルインダクタ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、（円錐形あるいは半
球形シーリングに関し）シーリング１２をマルチ半径ド
ームに形成し、個別にシーリングのマルチ半径の各一つ
を決定あるいは調整することにより改善される。図１の
特定の実施形態におけるマルチ半径ドーム形状は、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のマルチ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。他の実施形態において、頂部半径Ｒは１
３インチ（３２．５ｃｍ）であるが、隅の半径ｒは４イ
ンチ（１０ｃｍ）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〜１５ｃｍまで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、コイルインダ
クタ１８は、Gerald Yin氏等により１９９４年７月１８
日に”PLASMA REACTOR WITH MULTI-SECTION RF COIL AN
D 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出願第08/277,531号 に開
示されているミラー(mirror)コイル構造で、ＲＦ電源２
８，３０に結合されてもよい。図２のミラーコイル構造
において、ＲＦ電源２８，３０はコイルインダクタ１８
の中央巻線に接続され、コイルインダクタの頂部及び底
部は両方とも接地されている。上記の参照されたGerald
Yin氏等による出願で説明したように、ミラーコイル構
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
うな円錐形コイルインダクタ４０を円筒形コイルインダ
クタの代わりに備えることにより、図１の実施形態にお
いて得られるものから変形してもよい。図３の円錐形コ
イルインダクタ４０の上部巻線は、図１の円筒形コイル
インダクタ１８の上部巻線より近接している。図４に図
示されているように、円錐形コイルインダクタ４０は、
図２を参照して上述されたものに類似したミラーコイル
構造において、電源２８，３０に結合してもよい。
【００１９】図４は、円錐形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、円錐台形コイルイ
ンダクタ４０がシーリングの底部隅付近のタイル（til
e）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（コイルイ
ンダクタあるいは容量電極）が好ましい。
【００２０】図５は、本発明のハイブリッドコイルイン
ダクタ４２の第１施例を図示する。ハイブリッドコイル
インダクタ４２は、円筒形状部分４４を有し浅い頂部４
６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のインダクタ１８と類似した方法で構成さ
れている。全体のコイルインダクタ４２は、同一の電源
２８，３０により、電圧が加えられる。図５の実施形態
は、図１の実施形態と同一方法で電源２８，３０に結合
されており、そこでは、頂部巻線４２ａがＲＦ高電圧、
底部巻線４２ｂが接地されている。さらに、ハイブリッ
ドコイルインダクタ４２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４
４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、図５の実施形態が、円筒コ
イル４４の中間巻線４４ｃのように、頂部巻線４２ａ以
外の巻線に対する電源２８，３０の接続を移動すること
によりどのように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の実施形態が、一般的に図
５、図６の実施形態よりも、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、平坦な頂部コイル４６と、図５の
円筒部４４の代わりに図３の円錐形コイルインダクタ４
０に対応した円錐側部コイル５０とから成る。ハイブリ
ッドインダクタの第２実施形態を図示する。図５の実施
形態のように、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５
０ａに接続された単一電源２８，３０はコイルインダク
タ全体に電圧を加える。図９は、図６と同様に、電源２
８，３０が頂部巻線５０ａ以外にどのように他の巻線に
接続されてもよいか図示している。図１０は、中央開口
４８が、円錐側部コイル５０と結合した頂部コイル巻線
４６に、どのよう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イ
ンダクタの第３実施形態を図示しており、そこでは、円
筒側部コイル４４又は円錐側部コイル５０が湾曲セクシ
ョン（例えばドーム）形状のコイル５２により置き換え
られており、その頂部４６の最も外側の巻線４６ａには
電源２８，３０が接続されている。図５のように、両方
のコイル部分４６，５２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
部分が最も密接にマルチ半径ドームシーリング１２の中
央の浅い形状に適合し、この共形性は中央から半径方向
に減少している。他の実施形態では、全体のコイルイン
ダクタ４６，５２は、完全共形性のシーリングとして、
まさに同一形状であってもよい。
【００２３】図１２は、どのように平坦頂部コイル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共形な、図１２のよう
な実施形態において、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。（５０ｃ
ｍ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、ほぼ共形
なコンダクタ（例えばコイルインダクタ） を備える３
０ｃｍ径のウエハを処理するための５０ｃｍ径のチャン
バは、直径１５ｃｍ〜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、２０ｃｍのウエハを
処理するための３５ｃｍ径のチャンバは、１０ｃｍ〜２
０ｃｍの範囲にある孔４８が必要であろう。
【００２４】コイルインダクタ５２がシーリング１２と
共形な図１２の実施形態を実施することにより、容易に
プラズマが形成（ignite）される。比較すると、図４の
円錐形コイルインダクタのような非共形の実施形態で
は、プラズマ形成は容易ではない。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
マソースパワーレベルでは、図４の実施形態が好ましい
が、２０００ワット以下のプラズマソースパワーレベル
では（共形コイル形状及び孔のシーリングを備えた）図
１２の実施形態が好ましい。
【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ＲＦ電源２８，
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の実施形態
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，図１５は、どのように同一変形が図
８，図１１の実施形態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、ＲＦソース２
８’，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〜図１５のデュアル電源実施形態が使われてもよ
い。コイル部分へのパワー入力に対してペデスタル及び
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の円筒形コイル
インダクタ１８は、それぞれの直線コンダクタ６２ａ，
６４ａ，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インダクタ６０により
置き換えられてもよい。ＲＦ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６２，６４，６
６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，６４
ｂ，６６ｂが円弧に関して等しくおかれるように、等し
い長さになっているのが好ましい。そのような複数螺旋
状コイルインダクタは、" INDUCTIVELYCOUPLED PLASMA
REACTOR WITH SYMMETRICAL PARALLEL MULTIPLE COILS H
AVING ACOMMON RF TERMINAL"という名称で、Xue-Yu Qia
n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０８／３３
２，５６９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
ルインダクタ４２は、図１６のような複数の螺旋状イン
ダクタ６０’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インダクタ６
０’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
イルインダクタは、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”，６
６”から成るドーム形状の複数の螺旋状コイルインダク
タ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インダクタに適用可能な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”，６４”，６６”の端部は接地されているが、
ＲＦ整合回路網３０は、複数の螺旋状コンダクタ６
２”，６４”，６６”の各々に沿った中点に（例えば、
図２，４，６，８，９のミラーコイル構造に類似して）
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”，６
６”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
氏等及び Qian 氏等による上記参考出願明細書の両方に
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明細書で詳細
に記述されたように、これは、複数の螺旋状コイルイン
ダクタを用いる実施形態がミラー型コイル構造に応じて
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の円錐台形コイル
インダクタ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８２，８４，８
６から成る同一形状の複数の螺旋状コイルインダクタ８
０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インダクタのいずれか
に適用可能な更なる他の変形例として、コイルインダク
タ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及び底部セクション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ＲＦ発生器２８，２８’及びＲＦ
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８０
ａを除去することにより、ここで前述された図１０及び
図１２の実施形態のように、中央の孔を有するインダク
タ（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〜図２０の実施形態は、
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、それはドーム形、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形になっている。シーリング
１２の中央部は、コイルインダクタ１８に対して、及び
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
fraction）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。インダクタ１８は、図１１，図１２のよ
うに複数の半径形（マルチ半径形）に巻かれているが、
図１，図２の直円筒形から図５〜図１４のコイルインダ
クタの頂部４６の平面形状に及び、この範囲にある好適
な円錐及びマルチ半径形状であることが好ましい。図１
１及び図１２の好適なマルチ半径コイルインダクタ５２
は、（図１２におけるように）シーリング１２のマルチ
曲率半径（multi-radius curvature）と共形あるいは非
共形になっている。実際、図１２を除く全ての実施形態
は、形状がマルチ半径ドーム形状シーリングと非共形で
あるコイルインダクタを有する。一般的に、非共形のコ
イルインダクタに対して、インダクタ（例えば図１１の
マルチ半径インダクタ５２）は、少なくとも（インダク
タの中央から）中間半径の一領域を有し、それは、図５
〜図９及び図１２の実施形態の場合のようにインダクタ
の他の領域（例えば中央部分４６）より、シーリング１
２から軸方向に多少の間隔が開けられている。好適なマ
ルチ半径インダクタ５２の場合において、インダクタの
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、マルチ半径のインダクタに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、インダクタ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変化す
る（progressing）ことが望ましい。図７，図１２，図
２０のような好適実施形態では、インダクタは中央の孔
あるいは穴（例えば図１０の穴４８）を画成し、それ
は、インダクタの中央で放射されたＲＦ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、中央平坦インダクタ部分を有する図５〜図１５の
実施形態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共形であ
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、コイルインダクタの形
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、マルチ半径形シーリングと共形のコイルインダクタ
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、直円筒形コイルインダクタを用いて
得られた実験データを表示する。図２１のグラフは、直
円筒形コイルインダクタは、共形の（ドーム形）コイル
インダクタ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】マルチドーム形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、１
０ｃｍ石英ドーム形シーリングを備え、１５００ワット
のプラズマ電源が印加される、図１２のような共形コイ
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、ＲＦ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ＲＦ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ＲＦパワーは増加されるべ
きである。例えば、１０ｃｍ石英ドーム形シーリングを
備え、１５００ワットのプラズマ電源が印加される、図
１２のような共形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、ＲＦ電源２８からの理想的
なＲＦ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〜図２０の各１つは、チャンバシーリ
ングの上に配され、円錐や円筒又はドーム形のような三
次元表面と共形な特定形状を有するコンダクタにより、
プラズマ電源ＲＦ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イン
ダクタ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ＲＦバイアスソース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インダクタというよ
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】誘導コイル及びドームシーリング高さの状
況(regime) ドーム形シーリングは、平坦なシーリングで経験された
ものと比較すると、ウエハエッジ近傍でのプラズマ放電
が増進されるという利点を提供するので、プラズマイオ
ン密度は、ウエハのいたる所でより均一になる。これ
は、イオン化及び再結合がシーリングの近接によって影
響を受けること、また、ドーム形シーリングは平坦シー
リングと比較してウエハ中央から遠く、またウエハエッ
ジに近いことによる。
【００３９】類似した形で作られた誘導コイルを有する
マルチ半径ドームシーリングは、半球ドームと比較する
とシーリングとウエハの中央の間の距離がより近い。こ
れはドームの中央領域近傍により良好なプラズマ放電制
御を提供し、またプラズマの均一性は半球の均一性より
良い。
【００４０】後述の実施形態の誘導結合プラズマエッチ
ングリアクタにおいて、イオン密度の均一性は改善さ
れ、イオンエネルギーは良好に制御され、デバイスの損
傷は最適な状態になる。その結果、エッチングのプロフ
ィール制御性が向上し、エッチングの選択性は改善さ
れ、エッチングのマイクロローディングは最小になる。
これらの結果は、ドーム基部に関するドーム頂点の特定
の高さ範囲と、ドーム頂点に関するウエハ位置の特定範
囲とを含む最適なコイルドーム幾何形状を固守すること
により達成される。別の、しかし関連した問題は、この
実施形態において後述するように、イオン損傷を低減す
る一方でエッチングの選択性、イオン密度の均一性、エ
ッチングのプロフィール及び電源電力効率を増進するこ
とにより克服される。
【００４１】１．エッチングの選択性に関する問題 エッチングの選択性は、プラズマからのパッシベーショ
ン種をウエハ表面に堆積することにより提供される。例
えば、ポリシリコン下層上の二酸化シリコン層のエッチ
ングでは、ポリマーを含むパッシベーション種は、二酸
化シリコンよりもポリシリコン上により多く積層し、よ
ってポリシリコンは二酸化シリコンより遅くエッチング
され、従って望ましい選択性を提供する。二酸化シリコ
ンのエッチングプロセスでは、ポリマーはプラズマ中の
過フッ化炭化水素ガスにより形成される。アルミニウム
エッチングプロセスでは、ポリマーは、ウエハ表面から
プラズマにスパッタされるホトレジスト及び他の非揮発
性種などの他のものの中から形成される。問題は、より
平坦なコイル又はウエハの中央により近いものは、ウエ
ハ中央に局所的なイオン化を増加し、一方、ウエハの中
央近傍にポリマーの堆積又は形成を増加する傾向がある
ことである。これらのポリマーの形成がない場合には、
エッチングの選択性は減少するか又は無くなる。反対
に、（ドーム形コイルを非平坦化することにより）ウエ
ハ中央での局所的なイオン化を減少することによってエ
ッチングの選択性を増進することは、ウエハ中央のイオ
ン密度を減少し、これによってイオン密度の均一性が低
下する。
【００４２】２．エッチングプロフィールに関する問題 エッチングされた特徴部分(features)の垂直側壁のプロ
フィールは、垂直及び水平のエッチングされた表面上へ
のポリマー等のパッシベーション種の堆積と、イオン衝
撃による水平表面からのそれらの異方性除去によって提
供される。この目的のためには、ウエハに衝突するプラ
ズマ中のイオンは垂直方向に進むことが好ましく、それ
らのエネルギーは水平表面に集中され、ポリマーはほと
んど垂直表面から除去されない。一つの問題は、インシ
チュ(in-situ)のプラズマソースはガスの強い解離とイ
オン化を提供するが、再結合とパッシベーションがより
少ないということである。比較的高いバイアスＲＦパワ
ーが用いられなければ、垂直なエッチングプロフィール
は維持するのが困難であり、それは顕著なスパッタリン
グ、低い選択性、エッチングプロフィールマイクロロー
ディング及びウエハ表面損傷という結果をもたらす。第
２の問題は、ウエハ中央へのイオン衝突の方向性がより
ランダムであることであり、それはプラズマソースパワ
ーとウエハの距離（例えば誘導結合リアクタのコイルか
らウエハの距離）によって平行化がより少ないからであ
る。再び、より高いＲＦバイアスパワーがイオン束を平
行化する補助をするために要求され、これは上述された
問題に帰一する。
【００４３】３．イオン密度の均一性に関する問題 ウエハでのイオン密度を増加するように幾つかの点でコ
イルを（ドーム形コイルを平坦化することによって）ウ
エハにより近く移動させることは、シーリングをウエハ
に近づくよう強要するので、上記したように、シーリン
グ近傍での再結合損失がウエハ中央でのイオン密度を低
減する。加えて、イオン密度の均一性はチャンバのハー
ドウエアの摂動に非常に敏感である。
【００４４】４．イオン損傷制御に関する問題 ウエハでのイオン衝撃損傷は、プラズマイオン分布の均
一性を改善し、またウエハペデスタルに印加されるＲＦ
バイアスパワー減少することにより低減できる。しかし
ながら、これは上記したように、イオンの垂直方向性を
減少し、これによってエッチングプロフィールを低下さ
せる。イオンの平行化を増進し、パッシベーションを改
善するようにソース距離を増加することは、要求される
ＲＦバイアスパワーを減少し、ウエハ損傷を最小にす
る。
【００４５】５．コイルとドームシーリングの高さ範囲
の発見 図２２のＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは、最も平坦から最も急勾配
に変化している種々のマルチ半径ドームシーリング形状
を図示しており、それはドーム基部に対する的確なコイ
ル高さ及びドームシーリング高さを見出すための一実施
形態の方法に対応しており、エッチングの選択性、エッ
チングのプロフィール、イオン損傷制御性及びイオン密
度を同時に向上するためのものである。図２３で、Ａ，
Ｂ，Ｃ及びＤと付けられている曲線は、図２２のＡ，
Ｂ，Ｃ及びＤのリアクタにそれぞれ対応したウエハ表面
でのイオン密度の放射方向の分布を説明したものであ
る。
【００４６】図２２のＡ〜Ｄの各リアクタは、以下の特
徴を共有している。ウエハペデスタル１１０及びポンプ
環１１５を取り囲んでいる約１３．６４インチ（３４
６．５ｍｍ）の直径Ｄの円筒形側壁１０５上に載置され
ているシーリング１００。シーリング１００上に配置さ
れ、シーリング１００と形状が一致し、シーリング部分
の外周１００ａから中央方向に向かって延びる誘導コイ
ル１２０。約８インチ（２０３．２ｍｍ）の直径Ａの中
央開口１２５を画成しているコイル１２５。ウエハペデ
スタル１１０上に載置されている約６インチ（１５２．
４ｍｍ）の直径ｄの半導体ウエハ１３０。円筒側壁１０
５の頂部に載置されているドーム形のシーリング１００
の基部（例えば、図２２のＢ）は、ウエハ１３０上方高
さｈにある。ドーム形シーリング１００の頂点は、その
基部上方高さＨにある。従ってウエハからドームシーリ
ング頂点までの高さの総和は、Ｈ＋ｈである。プラズマ
ソースＲＦ電源１３５は、コイル１２０の両端が接地し
ている状態でコイル１２０の外側の端の付近に付いてい
る。バイアスＲＦ電源１４０はウエハペデスタル１１０
に接続している。
【００４７】図２２のＡで、シーリング１００は少なく
ともほぼ平坦で、それゆえ、シーリングでの再結合損失
はウエハ中央で支配的となる。その結果、図２３でＡと
符号が付いている曲線で示されるように、ウエハ中央付
近のプラズマイオン密度は非常に低い。
【００４８】図２２のＢは、シーリングの平坦性がより
少ない、中央半径がＲ１、小さな隅の半径がｒ１、高さ
がＨ１の浅いマルチ半径ドーム形に対応している。ドー
ム形シーリング１００の湾曲が、ウエハ中央からシーリ
ング１００の距離を増加するので、ウエハ中央での再結
合損失は、図２３でＢと符号の付いている曲線に示され
るように無視できる。事実、ウエハ中央での再結合損失
が排除されることによって、図２２のＢのリアクタは最
も高いイオン密度を提供する。欠点は、イオン密度が不
均一なことで、ウエハ中央に著しいピークがある。コイ
ル１２０は、図２２のＢにおいて比較的ウエハ中央に近
いので、ポリマーの形成が多少抑制され、劣等なエッチ
ングプロフィール及びエッチング選択性をもたらす。
【００４９】図２２のＣでドーム形シーリングの中央半
径Ｒ２及び隅の半径ｒ２は、シーリングが基部から頂点
の高さがＨ１より大きなＨ２を有するようになってお
り、よってコイルからウエハの距離はより大きい。その
結果、ポリマーの形成は抑制されず、イオン方向性はよ
り垂直で、より良好なエッチングプロフィール及びエッ
チングの選択性をもたらす。しかしながら、コイル１２
０はまだ十分にウエハ１３０に近いので、図２３でＣと
符号の付いている曲線に示されるようにイオン密度は比
較的高い。
【００５０】図２２のＤで中央半径Ｒ３及び隅の半径ｒ
２は、シーリング１００が基部から頂点の高さがＨ２よ
り大きなＨ３を有するようになっており、図２３でＤと
符号の付いている曲線に示されるようにウエハ表面での
イオン密度はより少ない。
【００５１】表Ａは、図２２のＡ〜Ｄの実施形態の相対
的な寸法を明らかにしている。これは本発明で見出され
たもので、Ｒ／ｒが２〜１０の間、ｈが約１．５インチ
（３８．１ｍｍ）〜約４インチ（１０１．６ｍｍ）の
間、一方Ｈが約３インチ（７６．２ｍｍ）〜約６インチ
（１５２．４ｍｍ）の間で、またウエハからドーム頂点
の高さＨ＋ｈが６インチ（１５２．４ｍｍ）〜７インチ
（１７７．８ｍｍ）の状況で前述の問題が解決される。
【００５２】
【表１】
【００５３】一連の図２２のＡ〜Ｄで、ドーム形シーリ
ングの曲率を変えることによって結果が変化する。図２
４のＡ〜Ｄについて述べるが、結果において同様の変化
が円筒壁１０５の高さを変化することにより得られるで
あろう。図２４のＡは、図２２のＡと同様に、図２４の
Ｂ〜Ｄで得られる結果と比較するための参考として平坦
なシーリング１０１を有しているチャンバを図示してい
る。図２４のＢは、図２４のＡのチャンバを、ドーム形
シーリング１０２が平坦なシーリング１０１の代わりに
提供されるように変形したものを図示している。図２４
のＣは、円筒側壁１０５及びドーム形シーリング１０２
の間に円筒形１インチ垂直スペーサ１０５Ａを加えるこ
とによって変形された図２４のＢのチャンバを図示した
ものである。図２４のＤは、円筒側壁１０５及びドーム
形シーリング１０２の間に約２インチの垂直円筒形スペ
ーサ１０５Ｂを加えることによって変形された図２４Ｂ
のチャンバを図示したものである。表Ｂは、実施形態２
４のＡ〜Ｄの、ドームの基部から頂点までの高さＨの
値、ウエハから側壁の頂部までの高さｈ、スペーサ高さ
ｈ′及びウエハからシーリングの総合した高さを明らか
にしたものである。図２４のＡ〜Ｄの実施形態に対して
測定されたウエハ表面にわたるイオン密度分布は、それ
ぞれＡ，Ｂ，Ｃ及びＤと符号が付してある曲線で図２５
のグラフに示されている。
【００５４】
【表２】
【００５５】図２４のＡで、シーリング１０１は少なく
ともほぼ平坦で、それゆえ、シーリングでの再結合損失
はウエハ中央を支配する。その結果、図２５でＡと符号
が付いている曲線に示されるように、ウエハ中央付近の
プラズマイオン密度は非常に低い。
【００５６】図２４のＢで、シーリング１０２は、マル
チ半径ドーム形であり、中央半径Ｒ１が約１４．７イン
チ（３７３．３８ｍｍ）、より小さな隅の半径ｒ１が約
２インチ（５０．８ｍｍ）して高さがＨである。ドーム
形シーリング１０２の湾曲が、ウエハ中央からシーリン
グ１０２の距離を増加するので、ウエハ中央での再結合
損失は、図２５でＢと符号の付いている曲線に示される
ように無視できる。事実、ウエハ中央での再結合損失が
排除されることによって、図２４のＢのリアクタは最も
高いイオン密度を提供する。欠点は、イオン密度が不均
一なことで、ウエハ中央に著しいピークがある。コイル
１２０は図２４のＢにおいて比較的ウエハ中央に近いの
で、ポリマーの形成が多少抑制され、劣等なエッチング
プロフィール及びエッチング選択性をもたらす。 この
実施形態での低品質のエッチングプロフィールは、アル
ミニウムエッチングプロセスに対して、図２６のＡのＳ
ＥＭ写真に対応する結果を提供し、ここではエッチング
された側壁は凹んでいる。
【００５７】図２４のＣでは、ドーム形シーリング１０
２は垂直１インチ円筒スペーサ１０５Ａによって持上げ
られ、コイルとウエハの距離がより大きくなっている。
その結果、ポリマーの形成はそれほど抑制されず、イオ
ンの方向性はより垂直になり、より良好なエッチングプ
ロフィールとエッチング選択性をもたらす。この実施形
態で得られるより優れたエッチングプロフィールは、ア
ルミニウムエッチングプロセスに対して、図２６のＢの
ＳＥＭ写真に相当する結果を提供し、ここでは、エッチ
ングされた側壁は真っ直ぐである。有利にも、コイル１
２０はまだウエハ１３０に十分に近く、図２３のＣと符
号を付された曲線で示されるようにイオン密度が比較的
高い。さらに、イオン密度はより均一である。
【００５８】図２４のＤでは、約２インチ（５０．８ｍ
ｍ）のスペーサ１０５Ｂがさらにウエハとコイルの距離
を増加しており、図２５のＤと符号を付された曲線で示
されるようにウエハ表面でのイオン密度がより低い。し
かしながら、図２４のＤの実施形態で得られる図２６の
ＤのＳＥＭ写真に対応しているエッチングプロフィール
は、実質的に図２４のＣの実施形態で得られたものと同
様である。
【００５９】図２４のＣの実施形態の利点は、ウエハペ
デスタルに印加されるＲＦバイアスパワーが、上記の表
Ｂで明らかにされるように、図２４のＡ及びＢの実施形
態で用いられるものと比較して低減されることである。
事実、表Ｂは、図２４のＡとＣの実施形態の間に、ＲＦ
バイアスパワーにおいて約１５％の減少を示している。
この、バイアスパワーでの減少はイオン損傷を低減し、
顕著な利点である。
【００６０】他の利点は、図２４のＡの平坦なシーリン
グの実施形態で、酸化シリコンに関するポリシリコンエ
ッチング選択性は１５：１より小さく、ドーム形コイル
を有する図２４のＢの実施形態では約１５：１で図２４
のＣとＤの実施形態では２０：１に近づくことである。
【００６１】表Ｃは本発明の好ましい実施形態の寸法を
明らかにする
【００６２】
【表３】
【００６３】この実施形態において、コイル１２０は、
底部巻線の始点を円筒側壁１０５と接するドームシーリ
ング１００の基部に有し、約０．７５インチ（１９．０
５ｍｍ）のピッチで約６巻あり、ＲＦプラズマソースパ
ワーが底部コイル端から約１．７５ターンのところに加
えられていた。隅の半径ｒはドームの基部の高さに中心
が置かれている。８インチ（２０３．２ｍｍ）の直径ｄ
のウエハには、約１４インチ（３５５．６ｍｍ）又は約
１５インチ（３８１ｍｍ）の直径Ｄのチャンバが好まし
く、一方１２インチ（３０４．８ｍｍ）の直径ｄのウエ
ハには、約１８インチ（４５７．２ｍｍ）又は約２０イ
ンチ（５０８ｍｍ）の直径Ｄのチャンバが好ましい。
【００６４】表Ｄは、共形コイルを備える、より高いド
ーム形シーリングを用いた、図２４のＢ，Ｃ及びＤの実
施形態に対する変わりの寸法を明らかにしたものであ
り、ドームの基部から頂点までの高さＨは４．７インチ
（１１９．４ｍｍ）である。
【００６５】
【表４】
【００６６】ポリシリコンエッチングプロセスでは、ｈ
は好ましくは約４．２インチ（１０６．７ｍｍ）で、メ
タルエッチングプロセスでは、ｈは好ましくは約３．２
インチ（８１．８ｍｍ）で、酸化エッチングプロセスで
は、ｈは好ましくは約２．５インチ（６３．５ｍｍ）で
ある。
【００６７】図２２のＡ〜Ｄの連続のように、図２４の
Ａ〜Ｄの連続において、Ｒ／ｒが２〜１０の間で、ｈが
約１．５インチ（３８．１ｍｍ）〜４インチ（１０１．
６ｍｍ）の間で、一方Ｈが約３インチ（７６．２ｍｍ）
〜約６インチ（１５２．４ｍｍ）の間で、ウエハとドー
ム頂点の高さＨ＋ｈが約６インチ（１５２．４ｍｍ）〜
約７インチ（１７７．８ｍｍ）の間の状況で上述した問
題が解決されるということは本発明の発見である。この
ような状況は図２２及び２４と厳密に共形の実施形態の
みに適応されるのではなく、図１〜２１の実施形態にも
適応される。また、シーリング形状は必然的にマルチ半
径ドームでなければならないわけでなく、例えば円錐又
は平坦である実施形態にも適応される。
【００６８】本発明は好適実施形態に特に参照して詳細
に説明されてきたが、その変更例及び変形例は本発明の
精神及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。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の第１実施形態に対応した誘導結合型ＲＦ
プラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図７】本発明の第7実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡 略された断面側面図である。
【図８】本発明の第８実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡略された断面側面図である。
【図９】本発明の第9実施形態に対応した誘導結合型Ｒ
Ｆプラズマリアクタの簡 略された断面側面図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１１】本発明の第１１実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１２】本発明の第１２実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１３】本発明の第１３実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１４】本発明の第１４実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１５】本発明の第１５実施形態に対応した誘導結合
型ＲＦプラズマリアクタの簡略された断面側面図であ
る。
【図１６】複数の同心螺旋状導体から成るコイルインダ
クタを用いる、図１に対応した実施形態を示した図であ
る。
【図１７】複数の同心螺旋状導体から成るコイルインダ
クタを用いる、図５に対応した実施形態を示した図であ
る。
【図１８】複数の同心螺旋状導体から成るコイルインダ
クタを用いる、図１１に対応した実施形態を示した図で
ある。
【図１９】図１９は、複数の同心螺旋状導体から成るコ
イルインダクタを用いる、図１４に対応した実施形態を
示した図である。
【図２０】図２０は、インダクタの異なる部分が独立し
て電源が供給される、図１９の実施形態の変形例を示し
た図である。
【図２１】図２１は、ドーム形シーリングと共形のコイ
ルインダクタ（a coil inductorconformal with the do
me ceiling）及び直角円筒形コイルインダクタ（a righ
tcylinder 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。
【図２２】Ａ〜Ｄはマルチ半径ドーム形シーリングの平
坦さの度合いによって互いに異なる種々のＲＦプラズマ
リアクタ形状を示した図である。
【図２３】リアクタチャンバ内のウエハの放射状の位置
の関数としてのイオン密度のグラフで、図２２のＡ〜Ｄ
の実施形態のそれぞれに対応している曲線を含むグラフ
である。
【図２４】Ａ〜Ｄはマルチ半径ドーム形シーリングを用
いた種々のＲＦプラズマリアクタ形状を示す図であり、
形状がチャンバ壁の高さに伴って互いに異なっている。
【図２５】リアクタチャンバ内のウエハの放射状の位置
の関数としてのイオン密度のグラフで、図２２のＡ〜Ｄ
の実施形態のそれぞれに対応している曲線を含んでいる
グラフである。
【図２６】Ａは、図２４のＢに対応した実施形態で得ら
れた、エッチングされた側壁のプロフィールの走査型電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、Ｂは、図２４のＣに対
応した実施形態で得られた、エッチングされた側壁のプ
ロフィールのＳＥＭ写真であり、Ｃは、図２４のＤに対
応した実施形態で得られた、エッチングされた側壁のプ
ロフィールのＳＥＭ写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド ズィー． イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェール， モース アヴェニュー 1063， ナンバー117−205 (72)発明者 ダイアナ エム． 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 エム． 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， サンタ クララ， ペッパー ツリー レ ーン 812−900， ナンバー６ (72)発明者 アレン ザオ 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

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （新） 基板を処理するためのプラズマ
    リアクタであって、 リアクタ内で直径ｄの基板を支持するペデスタルと、 頂部を有する側壁、及び前記側壁の前記頂部上に基部を
    有するシーリングを含むチャンバエンクロージャと、 前記シーリングに隣接している誘導コイル、及び前記誘
    導コイルに連結しているプラズマソース電源とを備え、 前記基部が前記ウエハペデスタル上方の高さｈにあり、
    前記シーリングが前記基部上方高さＨにある頂部を有し
    ており、 約６インチ〜約１２インチの範囲の基板直径ｄに対して
    Ｈ＋ｈは約４インチ〜約７インチであるプラズマリアク
    タ。
  2. 【請求項２】 （新） 前記シーリングが、 （ａ）平坦 （ｂ）円錐 （ｃ）弧 （ｄ）マルチ半径ドーム 形状のいずれか一つである請求項１に記載のプラズマリ
    アクタ。
  3. 【請求項３】 （新） 前記シーリングが、中央半径Ｒ
    及び該中央半径Ｒよりも小さい隅の半径ｒを少なくとも
    有するマルチ半径ドームを含み、Ｒ／ｒが約２〜約１０
    の範囲にある請求項１に記載のプラズマリアクタ。
  4. 【請求項４】 （新） 基部から頂部までの高さＨが約
    ３インチ〜約６インチの範囲にあり、一方ウエハから基
    部までの高さｈが約１．５インチ〜約４インチの範囲に
    ある請求項１に記載のプラズマリアクタ。
  5. 【請求項５】 （新） 基部から頂部の高さＨが約３イ
    ンチ〜約６インチの範囲にあり、一方ウエハ−基部の高
    さｈが約１．５インチ〜約４インチの範囲にある請求項
    ２に記載のプラズマリアクタ。
  6. 【請求項６】 （新） 前記誘導コイルが、前記シーリ
    ング基部に隣接する底部巻線と、頂部巻線とを含む複数
    の巻線を備える請求項１に記載のプラズマリアクタ。
  7. 【請求項７】 （新） 前記頂部巻線が前記誘導コイル
    の直径Ａの開口を画成している請求項５に記載のプラズ
    マリアクタ。
  8. 【請求項８】 （新） 前記コイル開口直径Ａがウエハ
    直径ｄ以上である請求項６に記載のプラズマリアクタ。
  9. 【請求項９】 （新） 基板を処理するためのプラズマ
    リアクタであって、 リアクタ内で直径ｄの基板を支持するペデスタルと、 頂部を有する垂直側壁、及び前記側壁の前記頂部の下側
    に配される基部を有するシーリングを含むエンクロージ
    ャであって、前記シーリングが中央半径Ｒ及び中央半径
    Ｒよりも小さい隅の半径ｒを少なくとも有するマルチ半
    径ドームを含み、Ｒ／ｒが約２〜約１０の範囲にあるチ
    ャンバエンクロージャと、 前記シーリングの上側に配される誘導コイル、及び前記
    誘導コイルに連結しているプラズマソース電源とを備
    え、 前記垂直側壁頂部が前記ウエハペデスタル上方の高さｈ
    にあり、前記シーリングが前記基部上方高さＨにある頂
    点を有しており、Ｈ＋ｈは約４インチ〜約７インチであ
    るプラズマリアクタ。
  10. 【請求項１０】 （新） 基部から頂部までの高さＨが
    約３インチ〜約６インチの範囲にあり、一方ウエハから
    基部までの高さｈが約１．５インチ〜約４インチの範囲
    にある請求項９に記載のプラズマリアクタ。
  11. 【請求項１１】 （新） 前記誘導コイルが前記シーリ
    ング基部に隣接する底部巻線と、頂部巻線とを含む複数
    の巻線を備える請求項１０に記載のプラズマリアクタ。
  12. 【請求項１２】 （新） 前記頂部巻線が前記誘導コイ
    ルの直径Ａの開口を画成している請求項１１に記載のプ
    ラズマリアクタ。
  13. 【請求項１３】 （新） 前記コイル開口直径Ａがウエ
    ハ直径ｄ以上である請求項１２に記載のプラズマリアク
    タ。
  14. 【請求項１４】 （新） 基板を処理するためのプラズ
    マリアクタであって、 リアクタ内で直径ｄの基板を支持するペデスタルと、 （ａ）頂部を有する垂直側壁、及び（ｂ）前記側壁の前
    記頂部の下側に配される基部を有するシーリングを含
    む、チャンバエンクロージャと、 前記シーリングの上側に配される誘導コイルであって、
    前記シーリングの基部に隣接する底の部分及び前記シー
    リングの放射方向内側の部分の上側に配される頂部を含
    んでいる前記誘導コイル、及び前記誘導コイルに連結し
    ているプラズマソース電源とを備え、 前記垂直側壁頂部が前記ウエハペデスタル上方の高さｈ
    にあり、前記シーリングが前記基部上方高さＨにある頂
    部を有しており、Ｈ＋ｈは約４インチ〜約７インチであ
    るプラズマリアクタ。
  15. 【請求項１５】 （新） 前記シーリングが、 （ａ）平坦 （ｂ）円錐 （ｃ）弧 （ｄ）マルチ半径ドーム 形状のいずれか一つである請求項１４に記載のプラズマ
    リアクタ。
  16. 【請求項１６】 （新） 前記シーリングが、中央半径
    Ｒ及び該中央半径Ｒよりも小さい隅の半径ｒを少なくと
    も有するマルチ半径ドームを含み、Ｒ／ｒが約２〜約１
    ０の範囲にある請求項１４に記載のプラズマリアクタ。
  17. 【請求項１７】 （新） 基部から頂部までの高さＨが
    約３インチ〜約６インチの範囲にあり、一方ウエハから
    基部までの高さｈが約１．５インチ〜約４インチの範囲
    にある請求項１４に記載のプラズマリアクタ。
  18. 【請求項１８】 （新） 基部から頂部までの高さＨが
    約３インチ〜約６インチの範囲にあり、一方ウエハから
    基部までの高さｈが約１．５インチ〜約４インチの範囲
    にある請求項１６に記載のプラズマリアクタ。
  19. 【請求項１９】 （新） 前記頂部巻線が前記誘導コイ
    ルの直径Ａの開口を画成している請求項１４に記載のプ
    ラズマリアクタ。
  20. 【請求項２０】 （新） 前記コイル開口直径Ａがウエ
    ハ直径ｄ以上である請求項１９に記載のプラズマリアク
    タ。
  21. 【請求項２１】 （新） 前記直径ｄが約６インチ〜約
    １２インチである請求項１４に記載のプラズマリアク
    タ。
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