JP2003525519A - 高密度プラズマ源内での電気的に制御可能なプラズマ均一性 - Google Patents
高密度プラズマ源内での電気的に制御可能なプラズマ均一性Info
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Abstract
Description
処理をするためにチャンバ内に誘導結合高密度プラズマを発生させることに関す
る。
基板上への層堆積並びに基板からの層のエッチング除去を含む処理動作と関連し
て広く使用されている。
基板が搬入される処理チャンバを有する。この処理チャンバは、処理チャンバ内
にRF磁界を発生させる高周波(RF)電流が供給されるコイルにより、代表的
には囲まれている。このようなRF磁界は、電子を加速するRF電界を発生させ
、この加速された電子は、原子や分子をイオン化させるように作用する。イオン
化可能な処理物質がチャンバ中に導入されると、この物質の分子はRF磁界内で
イオン化されてプラズマを発生させる。そして、プラズマ内のイオンは、基板面
上に層を堆積するか、基板面から層の物質をエッチングするように、基板の面へ
と向けられる。処理チャンバ内に発生されている電界は、プラズマ内のイオンを
基板面へと、そして中へとイオンを推進させる。また、このプラズマは、導入さ
れたガスをより活性化させる。この活性化の程度は、分子をこれらの行路に沿っ
て基板へと導くプラズマの密度と、電子の電子エネルギー分布とに依存している
。
を制御することが望まれている。基板に対してなされる作用は、度々基板面全体
に渡って可能な限り均一でなければならない。即ち、堆積された層もしくは基板
面からエッチングされる物質は、可能な限り厚さが均一となるようにされなけれ
ばならない。この厚さの均一性は、電界密度の均一性と、基板面に平行な面での
、即ち、処理チャンバの長軸に垂直な面でのプラズマ密度の均一性との実質的な
程度に依存している。
案されている。これら形態の多くは、かなり均一な密度のプラズマを発生させる
ことができるけれども、今まで提案されている形態は、期待されている将来の要
求を満たすのに必要な状態をつくることはできない。
端を有する円筒領域を備え、ガスを含むプラズマチャンバと、フイールド発生電
流を前記チャンバ内でRF磁界に変換して、前記円筒領域内にプラズマを維持さ
せるために、ガスと相互作用を果たし、前記中心軸と同心的で、この中心軸から
夫々異なる距離の所に配置された複数の環状ゾーン領域を有するコイルシステム
とを具備し、このコイルシステムは、各々が前記円筒領域の夫々の環状ゾーン領
域に特に影響するRF磁界を発生するようなディメンションを有し、かつ位置さ
れた複数の独立のコイルを有し、また前記チャンバは、前記独立のコイルの各々
の端部を通過するように延びた連続表面を有するように成形されている、プラズ
マを発生させるための装置で実現される。
tinuous surface”は、1もしくは複数の平面もしくは1もしく
は複数の曲面に沿って位置している面ではあるが、各場合とも、個々のコイル間
に突出もしくは延出する如何なる部分も有さないか、個々のコイルの端部を含む
平面もしくは曲面を通らない。
む、これは、コイルとプラズマとの間の容量結合の大きさを減じ、プラズマ駆動
の質を向上させることができる。
の概略図である。この支持体4は、製造処理がなされる基板6のための支持面を
チャンバ2内に提供する。また、この支持体は、イオンを吸引する負の電圧を与
えるようにRFバイアスされる。ウエハは、静電チャックにより、ウエハからチ
ャックへの熱伝達を良くするように支持体に固定され得る。ウエハの周りのチャ
ックの表面と静電チャックとは、チャックのスパッターによる損傷を防止すると
共に、チャックを構成している物質がウエハを汚染するのを防止するように、絶
縁、即ち、抵抗材料で覆われる。このチャンバは、基板6上への膜の堆積、表面
層もしくは表面層の選択された部分の基板からのエッチングのような処理をする
ために使用され得る。
て、上述したように、処理材料をイオン化してプラズマを形成する電子を加速す
るRF電界を発生させることにより、行われる。
有り得る。チャンバ2の中には、射出集合体10を横切って延びた処理チューブ
12が、上部に設けられている。処理ガスは、図示された以外の種々の場所から
も射出され得る。例えば、ガスは、コイル間の空間を介して、コイルの下から、
もしくは支持体から射出され得る。また、ガスは、処理チューブを構成している
誘電材、もしくは処理チャンバ2の側壁からも射出され得る。
適当に位置されている誘導コイルにRF電流を供給することにより、誘導結合プ
ラズマを発生させることが共通の実施事項である。例えば、処理チャンバの上部
並びに/もしくは垂直側部の周りに、処理チャンバの垂直長軸と同軸の垂直長軸
14を有するコイルを設けることがこの分野では共通の実施事項である。このよ
うなコイルもしくはコイル集合体は、処理チャンバ2の外側に好ましくは配置さ
れるが、処理チャンバ内に配置されても良い。
る作用が、可能な限り制御され得ることが望ましい。換言すれば、処理が基板面
上に層を堆積することであれば、この層の厚さと組成とは、高度の均一性を有す
ることが一般的に望まれる。一方、エッチング動作は、基板面全体に渡って均一
なエッチング深さを有することが一般に望まれている。
当な選定により、所望の処理のために変更され得る。広範囲の処理状態にわたっ
て要求されている均一性で各処理を連続して果たしながら幾つかの処理をするよ
うに変更され得るチャンバは、価値があると考えられ、また、チャンバ製造コス
トを減じ得るであろう。
されるか、上面からエッチングされる速度に非常に影響し、また、このような堆
積もしくはエッチング動作の均一性は、プラズマ密度の径方向の均一性、即ち、
軸14に垂直な方向でのプラズマ密度の均一性に依存していることが、知られて
いる。
生コイル16,18,20の提供により、非常に効果的に制御される。これらコ
イルは、全て軸14と同心的に巻回されると共に、この軸14に対して異なる水
平間隔を有している。かくして、コイル16の平均巻回直径は、コイル18より
も短く、このコイル18の平均巻回直径は、コイル20)よりも短い。
するRF磁界を発生させる。換言すれば、コイル16は、軸に近いプラズマの部
分に著しい影響を与え、一方、コイル20により発生される磁界は、チャンバふ
の側壁に近いプラズマの部分に著しい影響を与え、そして、コイル18により発
生される磁界は、上記2つの部分の間のプラズマの部分に著しい影響を与える。
ル16は、一番高く、外側のコイル20は、一番低い。かくして、チャンバ2内
に発生されるRF磁界源の断面は、基板6の上面を規定している面からの垂直方
向の距離が長くなるのに従って、径が小さくなる。
20の各々は、夫々独立して制御可能なRFパワー源によるか、個々に調節可能
なパワー供給制御装置により各コイルに接続された単一のRFパワー源により、
好ましくは駆動される。各コイルに供給されるRFパワーを個々に制御すること
により、対応したプラズマ密度変化が、プラズマの各関連した部分でなされ得る
。例えば、上側のコイル16へのパワー供給が増すと、軸14に最も接近したゾ
ーン領域でのプラズマ密度が大きくなる。
個々のパワー源22,24,26に接続された一端を有する。そして、各コイル
の他端と各パワー源の他側とは、接地されている(図示せず)。パワー源22,
24,26の各々は、如何なる一般的な形式のもので良く、パワーのレベル、周
波数、並びに位相が調節可能であることが望ましい。 さらに、 図1に示された実施の形態において、コイル16,18,20の各
々は、上方に広がった円錐形のセクションの形状を有するように、巻回されてい
る。
明の第2の実施の形態を示す。この実施の形態において、各コイルは、フラット
なコイルである。しかし、図1の実施の形態の場合と同様に、最上側のコイル2
6は、最少の平均直径を有し、一方、最下側のコイル30は、最大の平均直径を
有する。これらコイル16,18,20は、図1に示された実施の形態のコイル
16,18,20と同様に、チャンバ2内のプラズマの夫々の部分に影響する。
、円筒、即ち、ソレノイドコイル36,38,40に代えられていることで、図
1の実施の形態とは異なる。再び、ここで、最上側のコイル36は、最少の平均
直径を有し、一方、最下側のコイルは、最大の平均直径を有し、これらコイルは
、図1のコイル16,18,20と同様に、チャンバ2内のプラズマに影響する
。
コイルの配置を示している。本発明の実施の形態は、また、図4に示されたチャ
ンバ42のような、ドーム形状の上側部分を有するチャンバを利用することがで
きる。この実施の形態において、コイル46,48,50は、ドーム形状の上側
部分上に図示された方法で装着されている。ここで再び、前述された実施の形態
と同様に、最高の平均高さを有するコイル46が、最内側のコイルであり、最低
の平均高さを有するコイル50が、最外側のコイルである。これらコイル46,
48,50は、図1に示されたコイル16,18,20と同様に制御されて、同
様の効果を果たすであろう。
されたように全てが処理チャンバの上部に設けられ、また配置されて、最上側の
コイルが最少の平均直径を有している。しかし、本発明の実施の形態は、基板の
近くに設けられたフィールド発生コイルを有することができ、また、最上側のコ
イルが最大の直径を有するように配設され得る。
パクトな処理チャンバ52は、基板56を支持する基板の支持体を下部に有し、
これら部材は、図1に示された実施の形態の部材4,6に類似している。処理チ
ャンバ52の上部には、チャンバ52により囲まれた処理領域の中に処理ガスを
射出し、また、チャンバ内に真空圧レベルを確立するポンプにアクセスするため
の射出/ポンピング集合体60が設けられている。
2の円錐形の側壁は、処理チューブ62により覆われている。3つのコイル集合
体66,68,70が、チャンバの円錐形の側壁近くで、チャンバ52の外側に
装着されており、また、チャンバの側壁と平行に延びた静電シールドにより覆わ
れている。この実施の形態において、最上側のコイル66は、最大の直径を有し
、一方、最下側のコイル70は、最少の直径を有する。
されるパワーは、チャンバ52の長軸近くのゾーン領域内のプラズマ密度に著し
く影響するであろうことが、理解できる。
5は、単一巻回コイルを備えた実施の形態を示す。しかし、図示されたどの実施
の形態のコイルも、複合巻回コイルでも単一巻回コイルでも良いことは、理解で
きるであろう。また、どの実施の形態においても、1もしくは複数のコイルが複
合巻回コイルで、1もしくは複数のコイルが単一巻回コイルでも良い。さらに、
図示された各実施の形態において、コイルは、図1に示されたような円錐形状で
も、図2に示されたようなプレナー形状でも、また、図3に示されたようなソレ
ノイド形状でも良い。
のみ相互作用し、互いに実質的に電気的に絶縁されている。各実施の形態のコイ
ルは、全てが同じ周波数と位相とに同調されるか、全てが同じ周波数であるが異
なる位相に同調されるか、または、全てが夫々異なる周波数と位相とに同調され
たヘリカル共振器である共振コイルで良い。ヘリカル共振器の場合には、これの
一端は、接地され、そして、他端は、開回路にされる。この共振器は、接地され
た端部近くに代表的には設けられたタップ部(tap location)を有
する。
良い。前記タップ部は、単一巻回/複合巻回コイルの一端側に配置され、また、
接地される可変キャパシタは、このコイルの他端側に配置されている。単一巻回
コイルの使用により、複数のコイルは、比較的小さいプラズマゾーン領域を囲む
ことができて、空間制御(spatial control)を良くすることが
できる。
の間のプラズマへパワー結合効率を良くすることができる。これは、非共振コイ
ルと比較して有効である。さらに、この単一巻回コイルは、基板の近くの比較的
小さいプラズマ容量を可能にすることにより、即ち、短くされたチャンバを与え
ることにより、パワー伝達効率を高くすることができる。また、プラズマ特性の
特別な均一性を制御するのに使用される幾つかのコイルの使用を可能にしている
。可変キャパシタにより接地された単一巻回コイルの使用による更なる効果は、
マッチングネットワークが省略されることである。 これら両コイル構造は、従来技術に対して特有の効果がある。 図6は、2つのコイルが、異なる周波数並びに/もしくは位相並びに/もしく
はパワーレベルで、効果的に別々に駆動され、処理ガスが、プラズマ領域の周り
の種々の場所から供給される、本発明のさらなる実施の形態を示す。即ち、この
実施の形態は、各々がチャンバ2の垂直軸を中心として巻回された2つの環状コ
イル80,82を有する。コイル80は、上方に傾斜した漏斗形状の面に巻回さ
れており、また、コイル82は、円筒形状の面に巻回されている。コイル80は
、第1のRFパワー源86にマッチングネットワーク88を介して接続されてお
り、また、コイル82は、第2のRFパワー源90にマッチングネットワーク9
2を介して接続されている。各パワー源は、周波数並びに/もしくは位相並びに
/もしくはパワーレベルが個々に調節可能である。一例として挙げると、パワー
源80,82の一方は、他方のパワー源により供給されるパワーの周波数の2倍
の周波数のパワーを供給する。処理ガスは、射出集合体10並びに/もしくはコ
イル80,82間の環状ゾーン領域96に配置された複数の導管もしくはノズル
によって、プラズマ領域に供給され得る。図6に示された上記形態は、処理ガス
が如何なる対のコイル間に供給され得る、図1ないし5に示された実施の形態を
含む他の実施の形態にも適用され得る。
ウエハ上のプラズマの射出光並びに/もしくは進行中のエッチングもしくは堆積
レートの特別な分布をモニターする手段を有するその場でモニターするシステム
からのフイードバックを受けるようにされ得る。
。このシステムは、窓の上方で、複合コイルプラズマ反応器の上部に設けられて
いるセンサー102を有する。このセンサーは、前記窓を通る、図示されるよう
にウエハ6を囲む視野を有する。このセンサー102の出力は、コンピュータ1
06に送られる。コンピュータは、個々のコイル80,82に供給されるRFパ
ワーを制御並びに変更するように、2つのRF発生器110,112の各々に電
気信号を送る。さらに、位相シフター116が、前記コンピュータ106からの
制御信号に応答して、各コイルへ供給されるRFパワー間の相対的な位相を制御
するように、コンピュータ106とRF発生器110,112とに接続されてい
る。前記センサー102は、薄膜のエッチングもしくは堆積レート、レート均一
性、終端、終端均一性、並びにウエハ全体に渡ってのプラズマ射出光の測定がリ
アルタイムで可能な、Leybold Inficonにより販売されているL
ES1200 Thin Film Metrology Sensorで良い
。
布をモニターするのに利用され得る。例えば、前記構成要素102ないし116
が、図1の実施の形態に使用され、エッチングレートがウエハ6の周囲近くで低
くなっていることが判ると、コイル20に供給されるRFパワーが、増加され得
る。代わって、エッチングレートが、ウエハの中央で低い場合には、コイル16
に供給されるRFパワーが、減少され得る。即ち、処理プラズマの領域に供給さ
れるRFパワーは、エッチングレートでの如何なる特別な不均一性を補うように
調節される。ウエハの処理前に、ブランケットウエハが、コイルへのパワー分布
条件、即ち、振幅、位相、並びに周波数を同調するように使用され得る。さらに
、種々の種に対するプラズマの射出光は、エッチングもしくは堆積化学を最適に
するために、モニターされ得る。同様に、個々のコイルに供給される並びに/も
しくは相対位相の相違で異なる周波数で個々のコイルに供給されるRFパワーは
、プラズマ化学を最適にするように調節され得る。
いときに、コイルに結合するように所定のマッチングされたネットワークと関連
されたフリーランニング発振器により、駆動され得る。この発振器は、プラズマ
点火やプラズマ密度の変化で生じるインピーダンスの変化を許容するように、周
波数が変化するRF電流を生じさせることができる。このようなフリーランニン
グ発振器は、内容が参照として組入れられる、代理人ドケットがNo.2511
05で、名称がRADIO FREQUENCY POWER SOURCE
FOR GENERATING AN INDUCTIVELY COUPLE
D PLASMAで1999年7月13日に出願された先願仮出願No.60/
143,548に記載されているようなチューブ形式のものでも、関連したコイ
ルに物理的に近くに配置されたソリッドステート装置、もしくは現在の状態と合
うような方法でコイルに供給される電流の周波数を制御するように関連したコイ
ルの所に配置されたセンサーと関連付けられ、遠くに配置された広周波数増幅器
で良い。
られ、既に知られており、米国特許No.5,688,357に開示されている
位相兼大きさ検出器により周波数が決定される可変周波数パワー源を使用するも
のと、全てのコイルのための位相がロックされた複数のパワー供給源を使用する
ものと、各コイルを混合周波数で駆動されることを可能にする複数の可変周波数
もしくは複合周波数パワー源を使用するものとを含む。最後の構造のものは、プ
ラズマ密度と同様に電子温度をコイル径の関数として変更されることを可能にし
ている。この最後の構造の形式のコイルは、代理人ドケットがNo.#7146
9/258061で、名称がACTIVE CONTROL OF ELECT
RON TEMPERATURE IN AN ELECTROSTATICA
LLY SHIELDED RADIO FREQUENCY PLASMA
SOURCEで2000年2月15日にJohnsonにより出願された先願仮
出願に記載されている。
ャンバは、この分野での一般的なプラクテスに従って構成されるであろう。
も、この分野の者は、多くの変更が、本発明の新規な技術並びに効果から実質的
に逸脱しないで、例示としての実施の形態に可能であることは容易に判るであろ
う。従って、このような変更の全ては、本発明の範囲に含まれるように意図され
ている。
Claims (18)
- 【請求項1】 長手方向の中心軸、並びにこの軸に沿って互いに離間した2
つの軸端を有する円筒領域を備え、ガスを含むプラズマチャンバと、 フイールド発生電流を前記チャンバ内でRF磁界に変換して、前記円筒領域内
にプラズマを維持させるために、ガスと相互作用を果たし、前記中心軸と同心的
で、この中心軸から夫々異なる距離の所に配置された複数の環状ゾーン領域を有
するコイルシステムとを具備し、 このテムは、各々が前記円筒領域の夫々の環状ゾーン領域に特に影響するRF
磁界を発生するようなディメンションを有し、かつ位置された複数の独立のコイ
ルを有し、また 前記チャンバは、前記独立のコイルの各々の端部を通過するように延びた連続
表面を有するように成形されている、プラズマを発生させるための装置。 - 【請求項2】 前記独立のコイルの夫々は、互いに異なる平均直径を有する
請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記独立のコイルの夫々は、複合巻回コイルである請求項2
の装置。 - 【請求項4】 前記独立のコイルの少なくとも1つは、前記中心軸に垂直な
共通平面上に位置する複数の巻き線を有するフラットコイルである請求項3の装
置。 - 【請求項5】 前記独立のコイルの少なくとも1つは、円錐面を規定する平
面上に位置する複数の巻き線を有する円錐コイルである請求項3の装置。 - 【請求項6】 前記独立のコイルの少なくとも1つは、円筒面を規定する平
面上に位置する複数の巻き線を有する円筒コイルである請求項3の装置。 - 【請求項7】 前記コイルの各々は、ヘリカル共振コイルである請求項3の
装置。 - 【請求項8】 前記ヘリカル共振コイルの各々は、接地された第1の端と、
開回路となった第2の端とを有する請求項7の装置。 - 【請求項9】 前記コイルの全ては、同じ周波数で共振するように巻かれて
いる請求項7の装置。 - 【請求項10】 前記コイルの全ては、夫々異なる周波数で共振するように
巻かれている請求項7の装置 - 【請求項11】 前記コイルは、前記中心軸に沿う方向で互いに離間されて
いる請求項2の装置。 - 【請求項12】 前記コイルの各々は、単一巻回コイルである請求項2の装
置。 - 【請求項13】 各々が各コイルの一端と接地点との間に接続された複数の
キャパシタをさらに具備する請求項12の装置。 - 【請求項14】 前記キャパシタの各々は、可変キャパシタである請求項1
3の装置。 - 【請求項15】 前記コイルは、前記中心軸に沿う方向で互いに離間されて
いる請求項12の装置。 - 【請求項16】 前記コイルの各々に、個々に制御されるフイールド発生電
圧を印加するための手段と組合わされた請求項1の装置。 - 【請求項17】 前記コイルの各々に、個々に制御されるフイールド発生電
圧を印加するようにコイルに接続された手段をさらに具備する請求項1の装置。 - 【請求項18】 前記チャンバの中にガスを導入するための手段をさらに具
備し、この手段は、前記個々のコイルの全てにより囲まれた場所から全てのガス
を導入させるように位置されている、請求項1の装置。
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