JPH0696719A - プラズマ源と製造方法 - Google Patents
プラズマ源と製造方法Info
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- JPH0696719A JPH0696719A JP5087590A JP8759093A JPH0696719A JP H0696719 A JPH0696719 A JP H0696719A JP 5087590 A JP5087590 A JP 5087590A JP 8759093 A JP8759093 A JP 8759093A JP H0696719 A JPH0696719 A JP H0696719A
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Abstract
実質的に除去減少させるプラズマ源と製造方法を提供す
る。 【構成】 無線周波数発生器と関連してチャンバ中でプ
ラズマを発生するプラズマ源12である。プラズマ源1
2はコイル・スパイラル14、少くとも1個の絶縁体2
8、少くとも1個のコンデンサ30を含む。コイル・ス
パイラル14は無線周波数発生器から無線周波数波を伝
導し、チャンバ中でプラズマを誘導する。これは少くと
も2個のセグメントを含む。各絶縁体28とコンデンサ
30はコイル・スパイラル14の2個の隣接するセグメ
ントを互いに結合する。
Description
し、特に無線周波数プラズマ源に関係する。
波数を有する無線周波数(「RF」)波を発生する誘導
結合プラズマ(「ICPs」)は1011cm-3以上の荷
電粒子(電子及びイオン)濃度と5mA/cm2 以上の
ウェファ基板へのイオン電流を与えることが可能であ
る。従ってICP源は集積回路製造プロセスのプラズマ
加工応用の電子サイクロトロン共鳴(「ECR」)プラ
ズマ源と競合する。誘導結合RFプラズマ源は容量結合
RFプラズマ源やECRプラズマ源の両方に対して利点
を有する。
ズマは実質的に低い真性プラズマ電位(<50V)を有
し、実質的に高いイオン化効率(>5%)を達成してい
る。又、真性プラズマ電位は相対的にRF電力とは独立
である。低い真性プラズマ電位は、高いイオン・エネル
ギが許容不能である応用例に有用である。
プラズマのイオン・エネルギは別のRF電源により集積
回路ウェファにバイアスすることにより独立に変更可能
である。しかしながら、ICP源はプロセス必要条件に
より適合する圧力域(1mTorrから50mTor
r)に渡って動作する利点を有する。ECR源は10m
Torr以下の圧力でより有効である。加えて、ICP
源はECR源より実質的に低いコストのコンパクトな設
計で、より大きな直径(15cmから30cm)、一様
なプラズマを与える。動作圧力が高いため、与えられた
ガス流量のポンプ要件はより隠当なものとなる。
第1の型式は、ウイスラ又はヘリコン波を介してプラズ
マにエネルギを結合する。このプラズマ源はヘリコン・
プラズマ源と呼ばれる。プラズマ源の軸に沿って向けら
れた100Gから1KGの範囲の磁場の存在下で、プラ
ズマ源キャビティのまわりに配置したループ・アンテナ
へRF電圧を印加することにより定在ウイスラ波を励起
可能である。これらの軸方向磁場は一般にECR源に用
いる磁場より弱いため、プラズマはプラズマの直径方向
に一様ではない。従ってウェファは、プラズマが十分一
様な領域であるプラズマ源から離れた、すなわち「下
流」に配置しなければならない。これは、下流位置で十
分なプラズマ密度(すなわち電子及びイオン濃度)を保
持するためプラズマ源の入力電力を増大させることを必
要とする。又、大きなソレノイド・コイルが軸方向磁場
を発生させるために必要である。これらはプラズマ源の
コストと複雑性を増大させる。
場を除去することにより一般のウイスラ波又はヘリコン
源とは異なる。それ故ウェファはプラズマ発生領域内に
配置可能である。このようなプラズマ源のピーク・プラ
ズマ密度(5×1011cm-3)はウイスラ波源のものよ
り大きさで大体1オーダー低いが、プラズマ源へのウェ
ファの近接度がプロセス速度が匹敵しうるものであるこ
とを保証する。1μm/分以上のエッチ速度が問題とな
る多くの材料に可能である。このプラズマ源はヘリコン
・プラズマ源より簡単で、よりコンパクトで、安価であ
る。
ャンバの上面に沿って配置した多巻線パンケーキ・コイ
ルを使用している。標準的には0.5インチ(1.27
cm)厚の石英真空窓がコイルをチャンバから分離す
る。コイルがRF源から電力を与えられると、大電流が
コイルを循環する。これらの電源はチャンバの内部にプ
ラズマを保持する強力な電場を誘導する。
変化電磁場はコイル電流に比例し、コイル巻数の2乗と
して比例する。誘導場の一様性はコイル巻数の増加によ
り改良される。しかしながら、コイルのインダクタンス
はコイル巻数の2乗に比例する。このことは、一定のコ
イル電流に対するコイル中の電圧降下はコイル巻数の増
加に従って増大することを意味する。例えば、13.5
6MHzでの20AのRMS電流に対する5μHコイル
上の電圧降下は8.5kVである。このような高電圧は
危険であり、コイルとプラズマ間の容量性エネルギ結合
を生じる。相当量のエネルギが容量結合を介して転送さ
れる場合真性プラズマ電位は劇的に増大するため容量結
合は望ましくない。従来のRFプラズマ源でこれらの問
題はコイル巻数を約3に拘束する。
力を有効に使用し、良好なプラズマ一様性を与え、コイ
ル電圧を安全レベルに保持するRFプラズマ源に対する
必要性が生じている。
プラズマ源に付随する欠点と問題を実質的に除去する又
は減少させるプラズマ源と製造方法が提供される。
プラズマを発生するプラズマ源を記述する。プラズマ源
はコイル・スパイラルと、少くとも1個の絶縁体と少く
とも1個のコンデンサを含む。コイル・スパイラルは無
線周波数発生器からの無線周波数波を流し、チャンバ中
にプラズマを誘導する。コイルは少くとも2個のセグメ
ントを含む。各絶縁体とコンデンサはコイル・スパイラ
ルの2個の隣接セグメントを互いに結合する。
ズマ源の高電圧の使用の著しい減少である。コイルを部
品にセグメント化することにより、コイルの任意の2点
上の最大電圧降下は著しく減少可能である。又、接地シ
ールドの追加がコイル電圧をさらに減少させる。一定の
RF電流に対する減少コイル電圧は、コイルとプラズマ
間により薄い誘電体/絶縁体の使用を可能とし、従って
高いプラズマ密度を実現する。
大巻数に対する制限の除去である。コイルを部品にセグ
メント化した効果により大巻数のコイルを使用可能であ
る。円錐状コイル形状と組合せたこのことが生成するプ
ラズマの一様性を増大させる。
図1と図2を参照することにより最も良く理解でき、同
じ番号は各図面で同じ対応する部品に使用される。
マ源を用いた、全体を10で指示する高級真空プロセッ
サ(「AVP」)の部分断面、部分概略図を図示する。
プラズマ源12はスパイラル14に巻いたコイルから構
成される(「コイル・スパイラル」)。標準的には、コ
イル・スパイラル14の一端は電気的に接地され、一方
他端はRF発生器(図示せず)に接続される。コイル・
スパイラル14の下の接地シールド16は、プラズマが
プラズマ源12の下では発生されないことを保証する。
これは同じ磁場強度を発生するためより小さな電流を可
能とする。接地シールドはコイル・スパイラル14のイ
ンピーダンスを減少させる。接地シールド16はコイル
・スパイラル14の側面に沿って上方へ延び、プラズマ
源をAVP10の苛酷な環境から保護する。接地シール
ド16は標準的にはアルミニウムから製造され、渦電流
加熱を最小とするため多数の放射状切欠きを有する。
(図2に関連して図示説明)。材料的な理由から、これ
らのコンデンサとコイル・スパイラル14は、交番の明
暗ハッチングで示すようにエポキシで包まれる。図示の
実施例で用いたエポキシは汎用エポキシ・カプセル剤で
ある。任意の適当なカプセル剤を使用してよい。AVP
10の厳しい環境に耐えるようなコンデンサを選択する
か、又はコイル組立体をチャンバ10の外側に配置する
場合にはエポキシは除いてもよい。プラズマ源12は
又、AVP10へ化学剤を注入しそこからプラズマが作
成される導管18も含む。散布キャップ20がプラズマ
源12を覆う。キャップ20は多数の***22を含み、
導管18から注入された化学反応剤がこれを通してAV
P10中へより一様に散布される。穴の位置と寸法は最
良のプロセス一様性を与えるよう最適化される。キャッ
プ20はAVP10の苛酷な環境からプラズマ源12を
保護するための使い捨てシールドとして使用してもよ
い。
の組(図示せず)を設けて多極磁場を発生し、プラズマ
閉じ込めを改良してもよい。半導体ウェファ26の近く
のチャックに2次RF発生器24を設置することによっ
てもプラズマは改良される。コイル・スパイラル22は
1個の電源、標準的には13.56MHz RF電源の
使用に設計されているが、チャックは第2のより高い又
はより低い周波数源により電力を与えられて2個のRF
電源間の相互干渉を減少させる。同一周波数を有する2
個の発生器を用いてコイルとチャックに電力を与える場
合、2個の発生器はマスタ・スレーブ対として動作させ
てもよい。このモードでは、一方の発生器の共通励起出
力を用いて、可変位相シフタを介して第2の発生器の共
通励起入力を駆動する。シフタの位相を調節することに
より、2個の発生器の出力は位相整合されて相互干渉を
除去する。プラズマ源12はプラズマ発生に責任を有
し、一方2次RF発生器を用いてウェファ26へ入射す
るイオンのエネルギを変更できる。
形電極27を含めて、操作の3極モードを可能にしても
よい。電極27は第3のRF発生器(図示せず)により
電力を与えられるか、又は単に接地してもよい。接地モ
ードでは、電極27は他の2個の発生器間の相互作用を
さらに減衰させる。
る5回巻から構成されているのが図示されている。コイ
ルは又垂直及び水平次元の両方でプラズマの一様性を最
適化するため互い違いになっている、又は非一様に間隔
を置いている。例えば、スパイラル・コイルは平らな外
形を有しているか、又はコイル・スパイラルに沿った位
置の何らかの関数として変化する半径を有してもよい。
有効コイル・インダクタンスが1μH以下という条件
で、必要なら多重コイル・スパイラルを互いの上面に積
重ねてもよい。
来のものである。プラズマ源12の製造と性能、コンデ
ンサの選択、コイル・スパイラルのセグメント化は図2
と関連してより完全に記述される。
分等角、部分概略図である。ここでは、プラズマ源12
は接地シールド16、導管18、キャップ20、エポキ
シなしで図示されている。コイル・スパイラル14は以
後説明するようにセグメントに分割される。各セグメン
トは絶縁体28により隣接するセグメントに接続され
る。各セグメントは又コンデンサ30により隣接するセ
グメントに接続される。各コンデンサ30はコイル・ス
パイラル14の2つの隣接するセグメント間で直列に電
気的に接続される。各端部セグメントは単一の絶縁体と
コンデンサを有する。内部セグメントは各端部で1個づ
つの、2個の絶縁体とコンデンサに接続される。
妨害流れを可能とするため内部通路を含む。冷媒は標準
的には水である。
コイル・スパイラルはNセグメントに分断される(ここ
でNは標準的には5−10の範囲である)コンデンサ3
0は隣接するセグメント間に挿入される。コイル・スパ
イラルの個々のセグメントの長さは、各セグメント上の
電圧降下が端から端までで等しくなるよう選択される。
コンデンサは又、付随のRF発生器の動作周波数でコイ
ルのインダクタンスと直列共振するように選択される。
実際には、各コンデンサ上の電圧降下はコイルの対応す
るセグメント上の電圧降下と大きさが等しく極性が反転
している。Lがセグメント分けしていないコイルのイン
ダクタンスの場合、所要のキャパシタンス(C)は次式
により与えられる。
こで、f=13.56MHzである。セグメント分けし
ないコイルのインピーダンスは次式により与えられる。
ダンスの虚数部分(2πfL)より非常に小さい。埋込
みコンデンサ付のコイルのインピーダンスは次式により
与えられる。
以下のファクタだけ減少させる。
に近づく。実際には、コンデンサは離散値に対してのみ
得られるためこのような状況は殆んど得られない。この
ような場合には、式(4)を用いてコイル・インピーダ
ンスの減少を決定可能である。問題となる他の量はコイ
ルの任意の2点間の最大電圧である。コイルがN区間に
分割されている場合、最大電圧はNのファクタだけ減少
する。
コイルは、4コンデンサを用いる場合C=552pFを
必要とする。代りに各600pFの4コンデンサを使用
した場合、13.56MHzのコイルのインピーダンス
は12のファクタだけ減少する。従って、20A RF
電流に対するコイル上の全電圧降下は1.7KVから1
40Vに減少する。セグメント分けしないコイルの場
合、コイル上の2点間の最大電圧は1.7KVである。
コイルを埋込コンデンサ付の4区間に分割した場合、こ
れは425Vに減少する。
せ、これは隣接するコイル巻間、そしてコイルとプラズ
マ間の容量性結合を最小とするのに不可欠である。しか
しながら、コイル・スパイラルに貯えられる磁気エネル
ギは一定電流に対して不変である。従って誘導電磁場は
不変である。
を増大させる。コンデンサに用いる誘電体は損失の多い
ものであり、Dが誘電材料の損失率である場合、等価直
列抵抗は次式で与えられる。
抗は1Ωに近づく。コイルを流れる20AのRMS電流
に対して、これは400Wの電力損失に対応する。電力
損失を合理的レベル(<40W)に減少させるために
は、コンデンサの直列抵抗は0.1Ω以下としなければ
ならない。
が、添附の特許請求の範囲に定めるような本発明の要旨
と範囲から逸脱することなく各種の変更、置換え、修正
が可能であることを理解すべきである。
る。 (1)無線周波数波を発生するよう動作する無線周波数
発生器と関連してチャンバ中にプラズマを発生するプラ
ズマ源において、無線周波数発生器からの無線周波数波
を伝導し、チャンバ中でプラズマを誘導するコイル・ス
パイラルであって、少なくとも2個のセグメントを含む
前記コイル・スパイラルと、少くとも1個の絶縁体であ
って、コイル・スパイラルの隣接するセグメントを結合
する前記各絶縁体と、少くとも1個のコンデンサであっ
て、コイル・スパイラルの隣接するセグメント間に直列
に結合された各コンデンサと、を含む、無線周波数波を
発生するよう動作する無線周波数発生器と関連してチャ
ンバ中でプラズマを発生するプラズマ源。
コイル・スパイラルは少くとも2個のセグメントを含
み、各セグメントはその両端で全体的に等価な電圧降下
を有するプラズマ源。
各コンデンサのキャパシタンスは、各コンデンサ上の電
圧降下が隣接するセグメント上の電圧降下と全体的に大
きさが等しく極性が反対であるように選択してあるプラ
ズマ源。
コイル・スパイラルと絶縁体はさらに中を流れる冷媒流
を受入れる内部通路を含むプラズマ源。
コイル・スパイラル、少なくとも1個の絶縁体、及び少
くとも1個のコンデンサはエポキシでカプセル化されて
いるプラズマ源。
コイル・スパイラルに隣接する接地シールドをさらに含
むプラズマ源。
コイル・スパイラルは円錘形外形を有しているプラズマ
源。
る無線周波数発生器と関連してチャンバ中にプラズマを
発生するプラズマ源において、無線周波数発生器からの
無線周波数波を導通し、チャンバ中のプラズマを誘導す
るコイル・スパイラルであって、少くとも2個のセグメ
ントを含み、各セグメントがその両端上で全体的に等価
な電圧降下を有する前記コイル・スパイラルと、少くと
も1個の絶縁体であって、コイル・スパイラルの隣接す
るセグメントを結合する前記絶縁体と、少くとも1個の
コンデンサであって、コイル・スパイラルの隣接するセ
グメント間に直列に結合され、各コンデンサ上の電圧降
下が隣接するセグメント上の電圧降下と全体的に大きさ
が等しく極性が逆であるようにそのキャパシタンスを選
択した前記コンデンサと、を含む無線周波数波を発生す
るよう動作する無線周波数発生器と関連してチャンバ中
にプラズマを発生するプラズマ源。
コイル・スパイラル、少くとも1個の絶縁体、少くとも
1個のコンデンサはエポキシでカプセル化されているプ
ラズマ源。
て、コイル・スパイラルに隣接して接地シールドをさら
に含むプラズマ源。
て、コイル・スパイラルと絶縁体はさらに中を流れる冷
媒流を受入れる内部通路を含むプラズマ源。
て、コイル・スパイラルに隣接する接地シールドをさら
に含むプラズマ源。
マ源を製造する方法において、コイル・スパイラルを所
定数の部分にセグメント分けする段階と、各隣接する部
分からコイル・スパイラルの各部分を絶縁する段階と、
コイル・スパイラルの各部分を各隣接する部分へコンデ
ンサで結合する段階と、を含むプラズマを発生するため
のプラズマ源を製造する方法。
グメント分けする段階は、コイル・スパイラルを所定数
の部分にセグメント分けする段階を含み、各部分はその
両端上で全体的に等価な電圧降下を有する方法。
合する段階は、コンデンサ上の電圧降下がコイル・スパ
イラルの隣接する部分上の電圧降下と全体的に大きさが
等しく極性が反対となるように、コイル・スパイラルの
各部分をコンデンサにより各隣接する部分へ結合する段
階をさらに含む方法。
イル・スパイラルとコンデンサをエポキシでカプセル化
し、収容する段階をさらに含む方法。
合する段階は、コンデンサ上の電圧降下が隣接する部分
上の電圧降下と全体的に大きさが等しく極性が反対とな
るように、コイル・スパイラルの各部分をコンデンサに
より各隣接する部分へ結合する段階をさらに含む方法。
イル・スパイラルとコンデンサをエポキシでカプセル化
する段階をさらに含む方法。
イル・スパイラルとコンデンサをエポキシでカプセル化
する段階をさらに含む方法。
ンバ中にプラズマを発生するプラズマ源を説明した。プ
ラズマ源はコイル・スパイラル、少くとも1個の絶縁
体、少くとも1個のコンデンサを含む。コイル・スパイ
ラルは無線周波数発生器からの無線周波数波を伝導し、
チャンバ中にプラズマを誘導する。これは少くとも2個
のセグメントを含む。各絶縁体とコンデンサはコイル・
スパイラルの2個の隣接するセグメントを互いに結合す
る。
と関連して行なわれた説明で図面が参照される。
の部分断面、部分概略図。
図。
Claims (2)
- 【請求項1】 無線周波数波を発生するよう動作する無
線周波数発生器と関連してチャンバ中にプラズマを発生
するプラズマ源(12)において、 無線周波数発生器からの無線周波数波を伝導し、チャン
バ中でプラズマを誘導するコイル・スパイラル(14)
であって、少くとも2個のセグメントを含む前記コイル
・スパイラル(14)と、 少くとも1個の絶縁体(28)であって、コイル・スパ
イラルの隣接するセグメントを結合する前記各絶縁体
(28)と、 少くとも1個のコンデンサ(30)であって、コイル・
スパイラルの隣接するセグメント間に直列に結合された
各コンデンサ(30)と、を含む、無線周波数波を発生
するよう動作する無線周波数発生器と関連してチャンバ
中でプラズマを発生するプラズマ源。 - 【請求項2】 プラズマを発生するためのプラズマ源を
製造する方法において、 コイル・スパイラルを所定数の部分にセグメント分けす
る段階と、 各隣接する部分からコイル・スパイラルの各部分を絶縁
する段階と、 コイル・スパイラルの各部分を各隣接する部分へコンデ
ンサで結合する段階と、を含むプラズマを発生するため
のプラズマ源を製造する方法。
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US07/868,818 US5231334A (en) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Plasma source and method of manufacturing |
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US (2) | US5231334A (ja) |
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