(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-17
(54)【発明の名称】誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバ
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20220107BHJP
【FI】
H05H1/46 L
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021523620
(86)(22)【出願日】2019-09-27
(85)【翻訳文提出日】2021-04-30
(86)【国際出願番号】 CN2019108527
(87)【国際公開番号】W WO2020088169
(87)【国際公開日】2020-05-07
(31)【優先権主張番号】201811276620.2
(32)【優先日】2018-10-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201821770439.2
(32)【優先日】2018-10-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201910861309.2
(32)【優先日】2019-09-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510182294
【氏名又は名称】北京北方華創微電子装備有限公司
【氏名又は名称原語表記】BEIJING NAURA MICROELECTRONICS EQUIPMENT CO., LTD.
【住所又は居所原語表記】NO.8 Wenchang Avenue Beijing Economic-Technological Development Area, Beijing 100176, China
(74)【代理人】
【識別番号】110001416
【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ニウ,チェン
(72)【発明者】
【氏名】ウェイ,カン
(72)【発明者】
【氏名】スー,ホンイー
(72)【発明者】
【氏名】ヤン,チン
【テーマコード(参考)】
2G084
【Fターム(参考)】
2G084BB02
2G084BB06
2G084BB28
2G084CC13
2G084DD03
2G084DD13
(57)【要約】
この開示は、誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバを提供する。誘導コイル・アッセンブリは、反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含む。誘導コイルの2つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含む。誘導コイルの2つの端と誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、誘導コイルの2つの端の間の部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔より大きい。この開示によって提供される誘導コイルおよび反応チャンバは、RF磁界の結合強度が、誘電体窓上におけるスパッタリングを低減する要件を満たすことを保証することによって、誘導コイルの2つの端の容量結合を低減し、かつプロセス結果を向上させ得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘導コイル・アッセンブリであって:
反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを包含し、前記誘導コイルの2つの端が、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含み、それにおいて:
前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔が、前記誘導コイルの前記2つの端の間の部分と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔より大きい、
誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項2】
前記誘導コイルは、3次元スパイラル構造を有する、直列に接続された第1のコイル部分と第2のコイル部分とを含み、
前記第1のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの端から、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の直列接続点へ向かって漸進的に減少し、
前記第2のコイル部分のスパイラル半径は、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の前記直列接続点から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少し、
前記第1のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の前記直列接続点へ向かって漸進的に減少し、
前記第2のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記直列接続点へ向かって漸進的に減少する、
請求項1に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項3】
前記第1のコイル部分および前記第2のコイル部分の長さは、両方ともに、4分の3回転か、または前記4分の3回転の整数倍である、請求項2に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項4】
前記第1のコイル部分に近い前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記第2のコイル部分に近い前記誘導コイルの他方の端が前記グラウンド端である、請求項2に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項5】
前記誘導コイルは、前記誘導コイルの端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって直列に接続された第1のコイル部分と、第2のコイル部分と、第3のコイル部分とを含み;
前記第1のコイル部分と前記第3のコイル部分は、3次元スパイラル構造を有し;
前記第2のコイル部分は、プランナー・スパイラル構造を有し;
前記第1のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの前記端から前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の第1の直列接続点へ向かって漸進的に減少し;
前記第2のコイル部分のスパイラル半径は、前記第1の直列接続点から前記第2のコイル部分と前記第3のコイル部分の第2の直列接続点へ向かって漸進的に減少し;
前記第3のコイル部分のスパイラル半径は、前記第2の直列接続点から前記誘導コイルの前記他方の端へ向かって漸進的に減少し;
前記第1のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から前記第1の直列接続点へ向かって漸進的に減少し;
前記第3のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記第2の直列接続点へ向かって漸進的に減少し;
前記第2のコイル部分の位置と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、変わらない、
請求項1に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項6】
前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分と前記第3のコイル部分の長さは、すべて1/2回転か、または前記1/2回転の整数倍である、請求項5に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項7】
前記第1のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記端が前記電力入力端であり、前記第3のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記他方の端が前記グラウンド端である、請求項5に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項8】
前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、同じである、請求項1に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項9】
前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓の下側表面の間における垂直方向の間隔は、10から50mmまでの範囲である、請求項1に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項10】
前記コイル・アッセンブリは、1つの誘導コイルを含むか、または、
前記コイル・アッセンブリは、同軸に、互いに袖継ぎされ、かつ前記誘導コイルの軸周りに中心対称に配された2つの誘導コイルを含む、
請求項1から9のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項11】
前記誘導コイルの断面形状は、矩形、円、三角形、台形、または菱形を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリ。
【請求項12】
反応チャンバであって:
誘電体窓と;
請求項1から11のいずれか一項に記載の誘導コイル・アッセンブリであって:
前記誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含み、それにおいて前記誘導コイルの2つの端が、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含み、前記電力入力端がRF電源と電気的に接続され、かつ前記グラウンド端がグラウンドと電気的に接続された誘導コイル・アッセンブリと、
を包含する反応チャンバ。
【請求項13】
さらに、前記グラウンド端と前記グラウンドの間に接続されるキャパシタを包含する、請求項12に記載の反応チャンバ。
【請求項14】
前記キャパシタは、次式で示されるC1からC2までの範囲であり:
C1=1/(ω
2L);
C2=4/(ω
2L)
それにおいて、ωは角周波数を表し、Lは前記誘導コイルのインダクタンスを表す、
請求項13に記載の反応チャンバ。
【請求項15】
前記反応チャンバは、1つの誘導コイル・アッセンブリを含むか、または、
前記反応チャンバは、複数の誘導コイル・アッセンブリを含み、前記複数の誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に分配され;
前記複数の誘導コイル・アッセンブリの電力入力端は、それぞれ、同じRF電源と電気的に接続され;
前記反応チャンバは、複数のキャパシタを含み、前記複数の誘導コイル・アッセンブリのグラウンド端は、一対一対応で前記複数のキャパシタと電気的に接続される、
請求項13に記載の反応チャンバ。
【請求項16】
1つの誘導コイル・アッセンブリが含められ、前記誘電体窓からより遠くにある前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある前記誘導コイルの端が前記グラウンド端であり、
前記反応チャンバは、さらに、1つの円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを包含し、前記円錐形状の誘導コイル・アッセンブリと前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った2つの円周上に配置され、かつ:
前記誘電体窓の上方に配された2つの円錐形状の誘導コイルであって、すべてが3次元スパイラル構造を有し、かつ前記円錐形状の誘導コイルの軸上に中心が置かれた円錐形状の誘導コイルを含み、それにおいて各円錐形状の誘導コイルのスパイラル半径は、垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少し、前記誘電体窓からより遠くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記グラウンド端である、
請求項12に記載の反応チャンバ。
【請求項17】
前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径は、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径より小さい、請求項16に記載の反応チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この開示は、概して半導体製造の分野に関し、より詳しくは、誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバに関する。
【背景技術】
【0002】
無線周波数(RF)誘導結合型プラズマ(ICP)は、容量結合型プラズマ(CCP)より高い放電効率を有し、より低い圧力(1~100ミリトル)において高密度プラズマを生成することが可能である。したがって、半導体分野におけるエッチングおよび堆積プロセスでは、ICP装置が広く使用されている。ICP装置においては、誘導コイル内に流れるRF電流が空間内にRF磁界を励起し、ファラデーの電磁誘導によってプラズマ内に角度電界を生成して電子を加熱し、高密度プラズマを生成し得る。
【0003】
図1は、現在のICP反応チャンバの断面図である。
図1を参照すると、反応チャンバ1は、そのチャンバのトップに誘電体窓3と、その誘電体窓3の上方に配された平面コイル2とを含む。平面コイル2の2つの端は、電力入力端Aおよび直列キャパシタ端子Bをそれぞれ含む。電力入力端Aは、RF電源4と電気的に接続されている。直列キャパシタ端子Bは、キャパシタ5を通してグラウンド接続されている。キャパシタ5を設定することによって、電力入力端Aと直列キャパシタ端子Bの電圧が等しくなるように設定され得る。したがって、平面コイル2の電流および電圧を対称に分布させることが可能である。したがって、角度的に一様なプラズマが獲得されて、同時にこれは、プラズマ点火にとって有益でもある。
【0004】
しかしながら、電力入力端Aおよび直列キャパシタ端子Bにおける平面コイル2の電位が比較的高く、電力入力端Aおよび直列キャパシタ端子Bがよりプラズマに近い(誘電体窓3に対する垂直方向の間隔が小さい)ことから、電力入力端Aおよび直列キャパシタ端子Bがグラウンドと強い容量結合を形成し、そのことが、誘電体窓3の下側表面における高電圧のシースの形成を結果としてもたらすおそれがある。この高電圧シースは、誘電体窓3の下側表面のスパッタリングを生じさせることがあり、それが、スパッタリング汚染を発生させてプロセス結果に影響をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この開示には、既存のテクノロジの技術的な問題の1つを少なくとも解決することが意図されている。この開示は、誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバを提供する。その誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバは、RF磁界の結合強度が、誘電体窓上におけるスパッタリングを低減し、かつプロセス結果を向上させる要件を満たすことを保証することによって、誘導コイルの2つの端の容量結合を低減することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この開示の目的を実現するために、反応チャンバの誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含む誘導コイル・アッセンブリが提供される。前記誘導コイルの2つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含む。前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔が、前記誘導コイルの前記2つの端の間の部分と前記誘電体窓との間における垂直方向の間隔より大きい。
【0007】
オプションにおいては、前記誘導コイルが、3次元スパイラル構造を有する、直列に接続された第1のコイル部分と第2のコイル部分とを含む。前記第1のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの端から、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第2のコイル部分のスパイラル半径は、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の前記直列接続点から前記誘導コイルの他方の端へ向かって漸進的に減少する。前記第1のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の前記直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第2のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記直列接続点へ向かって漸進的に減少する。
【0008】
オプションにおいては、前記第1のコイル部分および前記第2のコイル部分の長さが、両方ともに、4分の3回転か、または前記4分の3回転の整数倍である。
【0009】
オプションにおいては、前記第1のコイル部分に近い前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記第2のコイル部分に近い前記誘導コイルの他方の端が前記グラウンド端である。
【0010】
オプションにおいては、前記誘導コイルが、前記誘導コイルの端から前記誘導コイルの他方の端へ向かって直列に接続された第1のコイル部分と、第2のコイル部分と、第3のコイル部分とを含む。前記第1のコイル部分と前記第3のコイル部分は、3次元スパイラル構造を有する。前記第2のコイル部分は、プランナー・スパイラル構造を有する。前記第1のコイル部分のスパイラル半径は、前記誘導コイルの前記端から前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分の第1の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第2のコイル部分のスパイラル半径は、前記第1の直列接続点から前記第2のコイル部分と前記第3のコイル部分の第2の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第3のコイル部分のスパイラル半径は、前記第2の直列接続点から前記誘導コイルの前記他方の端へ向かって漸進的に減少する。
【0011】
前記第1のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記端から前記第1の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第3のコイル部分と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、前記誘導コイルの前記他方の端から前記第2の直列接続点へ向かって漸進的に減少する。前記第2のコイル部分の位置と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、変わらない。
【0012】
オプションにおいては、前記第1のコイル部分と前記第2のコイル部分と前記第3のコイル部分の長さが、すべて1/2回転か、または前記1/2回転の整数倍である。
【0013】
オプションにおいては、前記第1のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記端が前記電力入力端であり、前記第3のコイル部分に近い前記誘導コイルの前記他方の端が前記グラウンド端である。
【0014】
オプションにおいては、前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓の間における垂直方向の間隔が同じである。
【0015】
オプションにおいては、前記誘導コイルの前記2つの端と前記誘電体窓の下側表面の間における垂直方向の間隔が、10から50mmまでの範囲である。
【0016】
オプションにおいては、1つの誘導コイルが含まれるか、または2つの誘導コイルが含まれ、同軸に、互いに袖継ぎされ、かつ前記誘導コイルの軸周りに中心対称に配される。
【0017】
オプションにおいては、前記誘導コイルの断面形状が、矩形、円、三角形、台形、または菱形等を含む。
【0018】
別の技術的解決策として、この開示はさらに、誘電体窓と、この開示によって提供される前記誘導コイル・アッセンブリとを含む反応チャンバを提供する。前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の上方に配された誘導コイルを含む。前記誘導コイルの2つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端を含む。前記電力入力端は、RF電源と電気的に接続される。前記グラウンド端は、グラウンドと電気的に接続される。
【0019】
オプションにおいては、前記反応チャンバが、さらに、前記グラウンド端と前記グラウンドの間に接続されるキャパシタを含む。
【0020】
オプションにおいては、前記キャパシタが、次式で示されるC1からC2までの範囲であり:
C1=1/(ω2L);
C2=4/(ω2L);
それにおいて、ωは角周波数を表し、Lは前記誘導コイルのインダクタンスを表す。
【0021】
オプションにおいては、1つの誘導コイル・アッセンブリが含まれるか、または、複数の誘導コイル・アッセンブリが含まれ、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に分配される。前記複数の誘導コイル・アッセンブリの電力入力端は、それぞれ、同じRF電源と電気的に接続される。複数のキャパシタが含められる。前記複数の誘導コイル・アッセンブリのグラウンド端は、一対一対応で前記複数のキャパシタと電気的に接続される。
【0022】
オプションにおいては、1つの誘導コイル・アッセンブリが含められる。前記誘電体窓からより遠くにある前記誘導コイルの端が前記電力入力端であり、前記誘電体窓のより近くにある前記誘導コイルの端が前記グラウンド端である。前記反応チャンバは、さらに、1つの円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを含む。前記円錐形状の誘導コイル・アッセンブリと前記誘導コイル・アッセンブリは、前記誘電体窓の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った2つの円周上に配置される。前記円錐形状の誘導コイルは、2つの円錐形状の誘導コイルを含む。2つの円錐形状の誘導コイルは、前記誘電体窓の上方に配され、そのすべてが3次元スパイラル構造を有し、かつ前記円錐形状の誘導コイルの軸上に中心が置かれる。各円錐形状の誘導コイルのスパイラル半径は、垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少する。前記誘電体窓からより遠くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記電力入力端である。前記誘電体窓のより近くにある各円錐形状の誘導コイルの端が前記グラウンド端である。
【0023】
オプションにおいては、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径は、前記円錐形状の誘導コイルが配置される円周の半径より小さい。
【0024】
この開示は、以下に示す有益な効果を有する。
【0025】
この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリは、より高い電位を伴う誘導コイルの2つの端(電力入力端およびグラウンド端)と誘電体窓との間の垂直方向の間隔を、その誘導コイルの2つの端の間の部分と誘電体窓との間の垂直方向の間隔より大きくすることによって、誘導コイル・アッセンブリの2つの端の容量結合を低減することが可能である。したがって、誘電体窓上のスパッタリングを低減することが可能であり、かつプロセス結果を向上させることが可能になる。一方、誘導コイルの2つの端の部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔が比較的小さいことから、RF磁界の結合強度を確保してプラズマの正常な点火を保証する要件を満たすことが可能である。
【0026】
この開示によって提供される反応チャンバは、この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリを使用することによって誘導コイルの2つの端の容量結合を減じ、RF磁界の結合強度が、誘電体窓上のスパッタリングを低減する要件を満たすことを保証することによりプロセス結果を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【
図1】既存のICP反応チャンバを略図的に図解した断面図である。
【
図2】この開示の第1の実施態様に従った誘導コイルを略図的に図解した構造図である。
【
図3】この開示の第1の実施態様に従った誘導コイルを図解した上面図である。
【
図4】この開示の第2の実施態様に従った誘導コイルを略図的に図解した構造図である。
【
図5】この開示の第3の実施態様に従った誘導コイル・アッセンブリを略図的に図解した構造図である。
【
図6】この開示の第3の実施態様に従った誘導コイル・アッセンブリを図解した上面図である。
【
図7】この開示の第4の実施態様に従った反応チャンバを図解した断面図である。
【
図8】この開示の第4の実施態様に従った反応チャンバを図解した別の断面図である。
【
図9】この開示の第5の実施態様に従った反応チャンバを図解した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
この分野における当業者に、この開示の技術的解決策のより良好な理解をもたらすために、この開示によって提供される誘導コイル・アッセンブリおよび反応チャンバを、以下、添付図面との関連から詳細に説明する。
【0029】
図2および
図3を参照すると、この開示の第1の実施態様は、反応チャンバの誘電体窓の上方に配される誘導コイル10を含む誘導コイル・アッセンブリを提供する。誘導コイル10にRF電力を印加することによって、反応チャンバ内のプロセス・ガスが励起されてプラズマを形成する。誘導コイル10の2つの端(101、102)は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端である。電力入力端は、RF電源と電気的に接続されるべく構成され得る。グラウンド端は、グラウンド接続のために構成され得る。
【0030】
実際的な応用においては、キャパシタが、通常、グラウンド端とグラウンドの間に直列に接続される。そのキャパシタを設定することによって、電力入力端とグラウンド端の電圧を等しくできる。したがって、誘導コイル内の電流および電圧を対称に分布させて、角度的に一様なプラズマを獲得することが可能である。同時にこれは、プラズマ点火にも有益である。しかしながら、電力入力端およびグラウンド端の電位が比較的高くなることがあり、それが、より高い容量結合を発生させることがある。
【0031】
より高い容量結合の問題を解決するために、いくつかの実施態様においては、誘導コイル10の2つの端(101、102)と誘電体窓の間の垂直方向の間隔が、誘導コイル10の2つの端(101、102)の間の(2つの端を除く)部分と誘電体窓の間の垂直方向の間隔より大きい。具体的に述べれば、
図2に示されているとおり、誘電体窓の下側表面の高さをHとする。誘導コイル10の2つの端(101、102)と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔がH1である。この場合においては、誘導コイル10の2つの端(101、102)の間の部分と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔がH1より小さく、すなわち、垂直方向の間隔H1が最大の間隔である。
【0032】
次に示す式によれば:
【0033】
Cd=εs/d
【0034】
コイルと誘電体窓の下側表面の間の等価キャパシタンスCdが、垂直方向の間隔dに逆比例すること、すなわち、垂直方向の間隔dが大きいほど等価キャパシタンスCdがより小さくなること、および容量結合がより小さくなることが理解できる。その逆に、垂直方向の間隔dが小さいほど、等価キャパシタンスCdがより大きくなり、かつ容量結合がより大きくなる。これに基づいて、誘導コイル10の2つの端(101、102)の電位は比較的高いが、これら2つの端は、誘導コイル10のほかの部分と比較して誘電体窓からもっとも遠くなっている。すなわち、垂直方向の間隔が最大であり、そのことが誘導コイル10の両方の端(101、102)における等価キャパシタンスCdを最小にする。したがって、容量結合は、最小である。
【0035】
したがって、誘導コイル10の2つの端(101、102)の間における容量結合を効果的に低減し、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させることが可能である。同時に、誘導コイル10の2つの端(101、102)の間の部分が、2つの端(101、102)と比較して誘電体窓のより近くにあることから。すなわち、垂直方向の間隔がより小さい。垂直方向の間隔が小さいほど、RF磁界の結合強度がより強くなり、そのことは、結合効率の向上に有益であり、かつプラズマの正常な点火を保証する。したがって、誘導コイル10の2つの端(101、102)は、誘電体窓から比較的離れているが、これら2つの端(101、102)の間の部分により、RF磁界の結合強度は、それにもかかわらずプラズマの正常な点火を確保する要件を満たす。
【0036】
オプションにおいては、誘導コイル10の2つの端(101、102)と誘電体窓の下側表面の間の垂直方向の間隔の範囲が10-50mmである。この範囲においては、容量結合をより良好に低減することができ、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を効果的に低減して、プロセス結果を向上させ得る。
【0037】
次に、誘導コイル10の具体的な構造を詳細に説明する。具体的に述べれば、いくつかの実施態様においては、誘導コイル10が、第1の端101から第2の端102へ向かって順次直列に接続された第1のコイル部分10a、第2のコイル部分10b、および第3のコイル部分10cを含む。第1のコイル部分10aおよび第3のコイル部分10cは、両方ともに3次元スパイラル構造を有する。3次元スパイラル構造とは、3次元空間内において巻かれたコイルがスパイラル構造を形成することを言う。たとえば、円柱状スパイラル構造または円錐状スパイラル構造。第2のコイル部分10bは、2次元スパイラル構造を有する。すなわち、コイルは、2次元平面内において巻かれ、スパイラル構造を形成する。
【0038】
それに加えて、第1のコイル部分10a、第2のコイル部分10b、および第3のコイル部分10cのスパイラル半径が、誘導コイル10の第1の端101から誘導コイルの第2の端102へ向かって漸進的に減少する。このスパイラル半径とは、コイルの巻きによって形成されるスパイラル構造の半径を言ってもよい。たとえば、
図3に示されている半径Rは、誘導コイル10の任意の位置のスパイラル半径である。
【0039】
注意されるものとするが、誘導コイル10の第1の端101のスパイラル半径を最大にすることが可能であり、誘導コイル10の第2の端102のスパイラル半径を最小にすることが可能である。同一のコイル部分のスパイラル半径は、第1の端101に近い端から他方の端に向かって漸進的に減少し得る。
【0040】
注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル10の第1の端101のスパイラル半径を最大にしてもよく、誘導コイル10の第2の端102のスパイラル半径を最小にしてもよい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、誘導コイル10の第1の端101のスパイラル半径を最小にすることができ、誘導コイル10の第2の端102のスパイラル半径を最大にすることが可能である。第1のコイル部分10a、第2のコイル部分10b、および第3の部分10cのスパイラル半径は、誘導コイル10の第1の端101から第2の端102へ向かって漸進的に増加され得る。
【0041】
図2に示されているとおり、第1のコイル部分10aと第2のコイル部分10bの間の直列接続点が第1の直列接続点D1である。第3のコイル部分10cと第2のコイル部分10bの間の直列接続点は、第2の直列接続点D2である得る。これらの直列接続点が、2つの隣接するコイル部分の分割に使用される単なる仮想分割点に過ぎないと理解することは容易である。実際の構造においては、それにもかかわらず、誘導コイル10が連続したコイルであってもよい。
【0042】
第1のコイル部分10aについては、第1のコイル部分10aの一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル10の第1の端101であり得る。第1のコイル部分10aの他端は、誘電体窓に対して最小の垂直方向の間隔を有する第1の直列接続点D1である。第1のコイル部分10aの残りの部分の垂直方向の間隔は、第1の端101から第1の直列接続点D1へ向かって漸進的に減少し得る。
【0043】
第3のコイル部分10cについては、第3のコイル部分10cの一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル10の第2の端102であり得る。第3のコイル部分10cの他端は、それと誘電体窓の間において最小の垂直方向の間隔を有する第2の直列接続点D2であり得る。第3のコイル部分10cの残りの部分の垂直方向の間隔は、第1の端101から第1の直列接続点D2へ向かって漸進的に減少し得る。
【0044】
第2のコイル部分10bについては、第2のコイル部分10bの2つの端は、それぞれ、第1の直列接続点D1および第2の直列接続点D2であり得る。それに加えて、第2のコイル部分10bが2次元スパイラル構造を有することから、第2のコイル部分10bの多様な位置と誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、等しくあり得る。すなわち、第1の直列接続点D1および第2の直列接続点D2と誘電体窓の間における垂直方向の間隔も等くあり得る。
【0045】
第2のコイル部分10bのすべての部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、最小であるとすることができ、そのことは、RF磁界の結合強度が要件を満たすことを確保し、かつプラズマが正常に点火可能であることを保証できる。同時に、第1のコイル部分10aおよび第3のコイル部分10cと誘電体窓の間における垂直方向の間隔は、第1の直列接続点D1および第2の直列接続点D2から2つの端(101、102)へ向かって漸進的に増加し得る。したがって、誘導コイル10の2つの端(101、102)の容量結合を効果的に低減することができ、そのことが、誘電体窓上のプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させ得る。
【0046】
誘導コイルの長さ値は、コイルのインダクタンス値に影響を与え得る。すなわち、誘導コイルの長さが長いほど、インダクタンス値がより大きくなり、したがって、コイル上の電圧がより大きくなる。その逆に、誘導コイルの長さが短いほど、インダクタンス値がより小さくなり、したがって、コイル上の電圧がより小さくなる。誘導コイルの長さは、長くし過ぎるべきでなく、そのようにすればコイル上の電圧が大きくなるおそれがあることは理解される。しかしながら、誘導コイルの長さは、短くし過ぎるべきものでもなく、そのようにすればインダクタンス値が小さ過ぎてマッチング・ネットワークの整合範囲に到達不可能になるおそれがある。これに基づいて、いくつかの実施態様においては、第1のコイル部分10a、第2のコイル部分10b、および第3のコイル部分10cの長さが、好ましくは、すべて1/2回転になる。3つのコイル部分が直列に接続されて、誘導コイル10の1.5回転の合計長が形成される。その長さの誘導コイル10のインダクタンス値は適度であり得て、誘導コイルのインダクタンス値がマッチング・ネットワークの整合範囲内にあることを保証することによって、コイル上の電圧を低減することができる。当然のことながら、実際的な応用においては、第1のコイル部分10a、第2のコイル部分10b、および第3のコイル部分10cのそれぞれの長さは、具体的なニーズに従って設定してもよい。たとえば、各コイル部分の長さを、1/2回転の整数倍としてもよい。たとえば、3回転または4.5回転。
【0047】
オプションにおいては、第1のコイル部分10aに近い誘導コイル10の第1の端101は電力入力端であり得る。第3のコイル部分10cに近い誘導コイル10の第2の端102は、グラウンド端であり得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第1の端101をグラウンド端とし、第2の端102を電力入力端としてもよい。
【0048】
オプションにおいては、誘導コイル10の断面形状が、矩形、円、三角形、台形、菱形等を含み得る。
【0049】
図4を参照するが、この開示の第2の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。上に述べられている第1の実施態様と比較すると、この誘導コイル・アッセンブリは、誘導コイル10’を含む。第2の実施態様において提供される誘導コイル10’と上に述べられている第1の実施態様の誘導コイル10の間における相違を、次に詳細に説明する。
【0050】
具体的に述べれば、誘導コイル10’は、第1の端101’から第2の端102’へ向かって直列に接続された第1のコイル部分10a’および第2のコイル10b’を含む。両方のコイルは、ともに、3次元構造を有する。第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’のスパイラル半径は、誘導コイル10’の第1の端101’から第2の端102’へ向かって漸進的に減少され得る。
【0051】
注意されるものとするが、誘導コイル10’の第1の端101’のスパイラル半径を最大にしてもよく、誘導コイル10’の第2の端102’のスパイラル半径を最小にしてもよい。同一のコイル部分のスパイラル半径は、第1の端101’に近い端から他方の端に向かって漸進的に減少され得る。
【0052】
これについても注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル10’の第1の端101’のスパイラル半径が最大になり、誘導コイル10’の第2の端102’のスパイラル半径が最小になる。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、誘導コイル10’の第1の端101’のスパイラル半径を最小にしてもよく、誘導コイル10’の第2の端102’のスパイラル半径を最大にしてもよい。第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’のスパイラル半径は、誘導コイル10の第1の端101’から第2の端102’へ向かって漸進的に増加され得る。
【0053】
図4に示されているとおり、第1のコイル部分10a’と第2のコイル部分10b’の直列接続点が接続点Cである。第1のコイル部分10a’については、第1のコイル部分10a’の一端は、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル10’の第1の端101’である。第1のコイル部分10aの他端は、誘電体窓に対して最小の垂直方向の間隔を有する第1の直列接続点Cであり得る。第1のコイル部分10a’の残りの部分の垂直方向の間隔は、第1の端101’から第1の直列接続点Cへ向かって漸進的に減少され得る。
【0054】
第2のコイル部分10b’については、一端を、誘電体窓に対して最大の垂直方向の間隔を有する誘導コイル10’の第2の端102’としてもよい。第2のコイル部分10b’の他端は、誘電体窓に対して垂直方向の間隔を有する直列接続点Cとしてもよい。第2のコイル部分10b’の残りの部分の垂直方向の間隔は、第2の端102’から直列接続点Cへ向かって漸進的に減少され得る。
【0055】
上記から、第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’は、誘電体窓の間の垂直方向の間隔を、直列接続点Cから2つの端(101’、102’)へ向かって漸進的に増加させることが可能であると理解できる。したがって、誘導コイル10’の2つの端(101’、102’)の容量結合が効果的に低減されて、誘電体窓に対するプラズマのスパッタリングによって生じるスパッタリング汚染を低減してプロセス結果を向上させ得る。同時に、それぞれ第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’の直列接続点Cに近い部分を、より誘電体窓に近づけてもよく、そのことが、RF磁界の結合強度も保証し、結合効率を向上させ、かつプラズマの正常な点火を保証し得る。
【0056】
いくつかの実施態様においては、第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’の長さが、両方ともに4分の3回転である。また、これらの2つのコイル部分は、直列に接続されて、合計長が1.5回転の誘導コイル10’を形成し得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第1のコイル部分10a’および第2のコイル部分10b’のそれぞれの長さは、たとえば4分の3回転の整数倍等、具体的なニーズに従って決定されてよい。
【0057】
オプションにおいては、第1のコイル部分10a’に近い誘導コイル10の第1の端101’は電力入力端であり得る。第2のコイル部分10b’に近い誘導コイル10’の第2の端102’は、グラウンド端であり得る。当然のことながら、実際的な応用においては、第1の端101’をグラウンド端とし、第2の端102’を電力入力端としてもよい。
【0058】
図5および
図6を参照するが、この開示の第3の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。上に述べられている第1および第2の実施態様と比較すると、唯一の相違は、この第3の実施態様が2つの誘導コイルを含むことである。
【0059】
具体的に述べれば、2つの誘導コイル(10、20)を同軸に配して、互いに袖継ぎすることが可能である。2つの誘導コイル(10、20)は、誘導コイルの軸周りに中心対称であり得る。すなわち、これらの誘導コイルのうちの1つを、誘導コイルの軸周りに180°回転させると、他方の誘導コイルに一致させることが可能である。
【0060】
これら2つの誘導コイル(10、20)によって生成される磁界が、単一の誘導コイルによって生成される磁界と比較すると、チャンバの半径方向においてより一様に分布され得ることから。したがって、プラズマの角度分布をより一様にでき、そのことが、プロセスの一様性を向上させ得る。
【0061】
実際的な応用においては、2つの誘導コイル(10、20)を並列に接続することが可能である。
【0062】
実際的な応用においては、3つを超える数の誘導コイルを含めてもよい。
【0063】
要約すると、この開示の実施態様は、誘導コイル・アッセンブリを提供する。誘導コイルの2つの端の間における容量結合は、より高い電位を伴う誘導コイルの2つの端(電力入力端およびグラウンド端)の間の垂直方向の間隔を、その誘導コイルの2つの端の間の部分と誘電体窓の間の垂直方向の間隔より大きくすることによって低減することが可能である。したがって、誘導コイルの2つの端における容量結合が低減され、誘電体窓上のスパッタリングが低減され、かつプロセス結果が向上され得る。一方、誘導コイルの2つの端の間の部分と誘電体窓の間における垂直方向の間隔が小さいことから、RF磁界の結合強度が確保され得る。
【0064】
別の技術的解決策として、
図7を参照すると、この開示の第4の実施態様は、チャンバのトップに配された誘電体窓31、および上に述べられているこの開示の実施態様によって提供される誘導コイル・アッセンブリを含む反応チャンバ30も提供する。
【0065】
誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31の上方に配された誘導コイル32を含む。誘導コイル32は、上に述べられている第3の実施態様の中に説明されている誘導コイル構造を使用してもよい。すなわち、2つの誘導コイル32を含め、並列に接続することができる。各誘導コイル32の2つの端は、それぞれ、電力入力端およびグラウンド端であり得る。電力入力端は、RF電源35と電気的に接続される。グラウンド端は、グラウンドと電気的に接続される。
【0066】
いくつかの実施態様においては、各誘導コイル32の、チャンバのエッジに近い端をグラウンド端としてもよい。各誘導コイル32の、チャンバの中心に近い端は、電力入力端としてもよい。しかしながら、実際的な応用においては、各誘導コイル32の、チャンバのエッジに近い端は電力入力端であり得る。各誘導コイル32の、チャンバの中心に近い端は、グラウンド端であり得る。
【0067】
いくつかの実施態様においては、反応チャンバがキャパシタ34も含む。キャパシタ34は、グラウンド端とグラウンドの間に接続される。キャパシタ34を設定することによって、電力入力端とグラウンド端の電圧を等しくしてもよい。したがって、誘導コイル32の電流および電圧を対称に分布させて、角度的に一様なプラズマを獲得することができる。一方これは、プラズマ点火に有益である。
【0068】
オプションにおいては、キャパシタ34の値の範囲はC1-C2であり得る。
C1=1/(ω2L)
C2=4/(ω2L)
これにおいて、ωは角周波数を表し、Lは誘導コイル32のインダクタンスを表す。
【0069】
キャパシタ34の値は、上に述べられている値の範囲内において調整され得る。RF電圧および電流の分布は、角度的に一様なプラズマを獲得するべく誘導コイル32内において調整され得る。一方これは、プラズマ点火にとって有益である。
【0070】
注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、誘導コイル・アッセンブリが1つのアッセンブリを含み得る。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用において、誘導コイルは、複数のアッセンブリを含み得る。それに加えて、複数の誘導コイル・アッセンブリは、それぞれ、誘電体窓31の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った複数の円周上に配置され得る。それに加えて、複数の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルの電力入力端は、すべて、同一のRF電源35と電気的に接続され得る。複数のキャパシタ34が含められる。複数の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルのグラウンド端は、複数のキャパシタ34と一対一対応で電気的に接続され得る。
【0071】
複数の誘導コイル・アッセンブリを配することによって、反応チャンバ30の半径方向におけるプラズマ分布の一様性を向上させ得る。
【0072】
たとえば、
図8に示されているとおり、2つの誘導コイル・アッセンブリが含められる。第1の誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された2つの誘導コイル32を含む。これらの2つの誘導コイル32は、上に述べられている第3の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。同様に、第2の誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された2つの誘導コイル23を含む。これらの2つの誘導コイル23は、上に述べられている第3の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。
【0073】
第1の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31のエッジ・エリアに対応する円周上に分配される。第2の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31の中心エリアに対応する円周上に分配される。それに加えて、第1の誘導コイル・アッセンブリの2つの誘導コイル32および第2の誘導コイル・アッセンブリの2つの誘導コイル33が、互いに並列に接続される。各誘導コイルの電力入力端が、RF電源35と電気的に接続される。
【0074】
いくつかの実施態様においては、第1の誘導コイル・アッセンブリの2つの誘導コイル32が、キャパシタ34を通してグラウンド接続され、第2の誘導コイル・アッセンブリの2つの誘導コイル33が、キャパシタ34が配されることなく直接グラウンド接続される。当然のことながら、実際的な応用においては、誘導コイル33のグラウンド端にキャパシタ34を配することもでき、またはそれに代えて第1および第2の誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルを直接グラウンド接続することもできる。
【0075】
それに加えて、実際的な応用においては、2つの誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルの構造およびサイズを同じにすること、または異なるものとしてもよい。
【0076】
図9を参照すると、この開示の第5の実施態様は、反応チャンバ30を提供する。
図8に示されている反応チャンバと比較すると、相違は、1つの誘導コイル・アッセンブリが含められることであり、誘導コイル・アッセンブリは、互いに並列に接続された2つの誘導コイル32を含む。これらの2つの誘導コイル32は、上に述べられている第3の実施態様の誘導コイルと同じに配されている。
【0077】
それに加えて、反応チャンバ30は、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリも含んでいる。円錐形状の誘導コイル・アッセンブリおよび誘導コイル・アッセンブリは、それぞれ、誘電体窓31の軸上に中心が置かれた異なる半径を伴った2つの円周上に配置される。それに加えて、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径は、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より小さい。具体的に述べれば、誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31のエッジ・エリアに対応する円周上に分配される。円錐形状の誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31の中心エリアに対応する円周上に分配される。
【0078】
いくつかの実施態様においては、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが、互いに並列に接続された2つの円錐形状の誘導コイル40を含む。すなわち、この開示の実施態様の2つの円錐形状の誘導コイル40が、
図8に示されている第2の誘導コイル・アッセンブリの2つの誘導コイル33に置き換わる。
【0079】
具体的に述べれば、2つの円錐形状の誘導コイル40は、すべて3次元スパイラル構造を有し得る。スパイラル半径が垂直方向に沿ってボトムからトップへ向かって漸進的に減少し、概略で『円錐』形状を形成する。これらの2つの円錐形状の誘導コイル40は、円錐形状の誘導コイルの軸周りに中心対称であってもよい。すなわち、これらの円錐形状の誘導コイルのうちの1つは、それの軸周りに180°回転させると、他方の円錐形状の誘導コイルに一致させ得る。すなわち、これらの2つの円錐形状の誘導コイル40のスパイラル方向は、反対向きである。
【0080】
各円錐形状の誘導コイル40の、誘電体窓31からより遠くにある端は、電力入力端である。電力入力端は、RF電源35と電気的に接続される。各円錐形状の誘導コイル40の、誘電体窓31のより近くにある端は、グラウンド端である。グラウンド端は、直接グラウンド接続される。それに加えて、誘導コイル・アッセンブリにおいては、チャンバのエッジに近い各誘導コイル32の端がグラウンド端であり、チャンバの中心に近い各誘導コイル32の端が電力入力端である。
【0081】
上で述べたとおり、円錐形状の誘導コイル40の、より小さいスパイラル半径を伴う部分が誘電体窓からより遠くにある。より大きなスパイラル半径を伴う部分は、より誘電体窓の近くにある。したがって、誘電体窓に近い円錐形状の誘導コイル40の端の容量結合が低減され、誘電体窓上のスパッタリングを低減してプロセス結果を向上させることができる。一方、2つの誘導コイル・アッセンブリの誘導コイルは、『外から内と内から外』の態様を使用してRF接続を実現できる。すなわち、チャンバのエッジに近い各誘導コイルの端がグラウンド端であり、チャンバの中心に近い各誘導コイルの端が電力入力端である。したがって、これは、プラズマの角度的な一様性を向上させてプロセスの一様性を向上させる上で有益である。
【0082】
注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径が、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より小さい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、円錐形状のコイル群が配置される円周の半径を、誘導コイル・アッセンブリが配置される円周の半径より大きくできる。すなわち、円錐形状の誘導コイル・アッセンブリを、誘電体窓31のエッジ・エリアに対応する円周上に分配できる。誘導コイル・アッセンブリは、誘電体窓31の中心エリアに対応する円周上に分配できる。
【0083】
これもまた注意されるものとするが、いくつかの実施態様においては、より誘電体窓31の近くにある各円錐形状の誘導コイル40の端を直接グラウンド接続してもよい。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、より誘電体窓31の近くにある各円錐形状の誘導コイル40の端を、キャパシタを通してグラウンド接続してもよい。
【0084】
この開示の実施態様は、反応チャンバを提供する。上に述べられているこの開示の実施態様によって提供される誘導コイル・アッセンブリを使用することにより、RF磁界の結合強度が要件を満たすことを確保することによって、誘導コイルの2つの端の容量結合が低減され得る。したがって、誘電体窓上のスパッタリングが低減され、かつプロセス結果が向上され得る。
【0085】
上記の実施態様が単に、この開示の原理の例証に使用された例示的な実施態様に過ぎないことは理解可能である。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。この分野における当業者は、この開示の精神および本質からの逸脱を伴うことなしに多様な修正や改良を行い得る。それらの修正および改良は、この開示の範囲内である。
【符号の説明】
【0086】
1 反応チャンバ
2 平面コイル
3 誘電体窓
4 RF電源
5 キャパシタ
10 誘導コイル
10’ 誘導コイル
10a 第1のコイル部分
10a’ 第1のコイル部分
10b 第2のコイル部分
10b’ 第2のコイル部分
10c 第3のコイル部分
20 誘導コイル
23 誘導コイル
30 反応チャンバ
31 誘電体窓
32 誘導コイル
33 誘導コイル
34 キャパシタ
35 RF電源
40 円錐形状の誘導コイル
101 第1の端
101’ 第1の端
102 第2の端
102’ 第2の端
A 電力入力端
B 直列キャパシタ端子
C 直列接続点
D1 第1の直列接続点
D2 第2の直列接続点
【国際調査報告】