特表 2024-518183 プラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置

(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】2024-04-25

(54)【発明の名称】プラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240418BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571583

(86)(22)【出願日】2022-07-06

(85)【翻訳文提出日】2023-11-17

(86)【国際出願番号】 CN2022104068

(87)【国際公開番号】W WO2023280196

(87)【国際公開日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】202110776478.3

(32)【優先日】2021-07-09

(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】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヂャオ ジンロン

(72)【発明者】

【氏名】ワン ソン

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ ガン

(72)【発明者】

【氏名】チェン シン

(72)【発明者】

【氏名】シュ ジンジー

(72)【発明者】

【氏名】ヂャン イン

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB02

2G084BB05

2G084BB14

2G084CC13

2G084DD03

2G084DD13

2G084DD32

2G084DD33

(57)【要約】

本発明はプラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置を提供し、該コイル構造は、少なくとも１つのコイル群を備え、コイル群は同軸に設けられた第１サブコイル群及び第２サブコイル群を備え、第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、第２サブコイル群は第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、第１平面コイルは第２平面コイルに直列接続され、第２平面コイルの第１平面における正投影は第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である。本発明に係るプラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置は、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造であって、
前記コイル構造は少なくとも１つのコイル群を備え、前記コイル群は同軸に設けられた第１サブコイル群と第２サブコイル群を備え、前記第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、前記第２サブコイル群は前記第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、前記第１平面コイルは前記第２平面コイルに直列接続され、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である、ことを特徴とする半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造。

【請求項2】

前記第１サブコイル群は複数の前記第１平面コイルを備え、複数の前記第１平面コイルは、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の前記第１平面コイルの第１端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の前記第１平面コイルの第２端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、
前記第２サブコイル群は複数の前記第２平面コイルを備え、複数の前記第２平面コイルは、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の前記第２平面コイルの第１端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の前記第２平面コイルの第２端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、
複数の前記第１平面コイルと複数の前記第２平面コイルとは１対１で対応し、複数の前記第１平面コイルの第１端は並列接続され、複数の前記第２平面コイルの第１端は並列接続され、複数の前記第１平面コイルの第２端は複数の前記第２平面コイルの第２端に１対１で対応して直列接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のコイル構造。

【請求項3】

前記第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の軸方向ピッチは所定の軸方向ピッチ以下であり、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像対称であり、又は、
前記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチは前記所定の軸方向ピッチより大きく、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像非対称である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造。

【請求項4】

前記所定の軸方向ピッチは５ｍｍである、ことを特徴とする請求項３に記載のコイル構造。

【請求項5】

前記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチの範囲は４ｍｍ以上であり、２０ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造。

【請求項6】

前記第１平面コイルと前記第２平面コイルの形状はいずれもインボリュート形状である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造。

【請求項7】

前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像非対称であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルとのインボリュートの開始半径、回転数及び半径変化率のうちの少なくとも１つが異なる、ことを特徴とする請求項６に記載のコイル構造。

【請求項8】

前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの回転数よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの大きさを増減させ、及び／又は、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの半径変化率よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの密度振幅を減少又は増大させ、及び／又は、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの開始半径よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーのピークを、前記コイル群の径方向に沿って前記コイル群の軸線から離れ、又は軸線に近づく方向に移動させる、ことを特徴とする請求項７に記載のコイル構造。

【請求項9】

前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数の他方のインボリュートの回転数に対する変化範囲は－５％以上＋１２％以下であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率の他方のインボリュートの半径変化率に対する変化範囲は－１０％以上＋３０％以下であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径の他方のインボリュートの開始半径に対する変化範囲は－１０％以上＋１０％以下である、ことを特徴とする請求項８に記載のコイル構造。

【請求項10】

前記第１平面コイルはＮ個であり、Ｎは２以上の偶数であり、Ｎ個の前記第１平面コイルは前記コイル群の円周方向にＮ／２対の第１コイル対に分けられ、各対の前記第１コイル対はいずれも２つの隣接する前記第１平面コイルを備え、２つの隣接する前記第１平面コイルの第１端の間に両者を並列接続するための第１延長セグメントが接続され、前記Ｎ／２対の第１コイル対における前記第１延長セグメント同士は並列接続され、
前記第２平面コイルはＮ個であり、Ｎ個の前記第２平面コイルは前記コイル群の円周方向にＮ／２対の第２コイル対に分けられ、各対の前記第２コイル対はいずれも２つの隣接する前記第２平面コイルを備え、２つの隣接する前記第２平面コイルの第１端の間に両者を並列接続するための第２延長セグメントが接続され、前記Ｎ／２対の第２コイル対における前記第２延長セグメント同士は並列接続される、ことを特徴とする請求項２に記載のコイル構造。

【請求項11】

前記Ｎは６以上１０以下である、ことを特徴とする請求項１０に記載のコイル構造。

【請求項12】

各前記第１平面コイルの第２端とそれに対応する前記第２平面コイルの第２端との間に接続セグメントが接続され、両者を直列接続することに用いられ、前記接続セグメントの延在方向は前記コイル群の軸線と互いに平行である、ことを特徴とする請求項２に記載のコイル構造。

【請求項13】

前記コイル群は複数であり、複数群の前記コイル群のサイズはそれぞれ異なり、互いに嵌め込まれる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造。

【請求項14】

半導体プロセス装置であって、
ＲＦ源、反応チャンバ、及び請求項１～１３のいずれか１項に記載のコイル構造を備え、前記反応チャンバの頂部に誘電体窓が設けられ、前記コイル構造は前記誘電体窓の上方に設けられ、前記ＲＦ源はＲＦ電力を前記コイル構造に供給することに用いられる、ことを特徴とする半導体プロセス装置。

【請求項15】

前記コイル構造は請求項２～１３のいずれか１項に記載のコイル構造を採用し、
プラズマ加工装置は接続構造をさらに備え、前記接続構造は第１接続部材及び第２接続部材を備え、前記第１接続部材は前記第１サブコイル群における複数の前記第１平面コイルの第１端に電気的に接続され、前記第２接続部材は前記第２サブコイル群における複数の前記第２平面コイルの第１端に電気的に接続され、
前記第１接続部材と前記第２接続部材のうちの一方は前記ＲＦ源の入力端に電気的に接続され、前記第１接続部材と前記第２接続部材のうちの他方は前記ＲＦ源の出力端に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体プロセス装置。

【請求項16】

前記コイル構造は請求項１０又は１１に記載のコイル構造を採用し、
前記第１接続部材はＮ／２個の第１接続棒を備え、前記Ｎ／２個の第１接続棒の一端はそれぞれ、前記Ｎ／２対の第１コイル対における前記第１延長セグメントに電気的に接続され、前記Ｎ／２個の第１接続棒の他端は前記第１平面の上方の第１高さ位置に集合して電気的に接続され、前記第２接続部材はＮ／２個の第２接続棒を備え、前記Ｎ／２個の第２接続棒の一端はそれぞれ、前記Ｎ／２対の第２平面コイル対における前記第２延長セグメントに電気的に接続され、前記Ｎ／２個の第２接続棒の他端は前記第１平面の上方の第２高さ位置に集合して電気的に接続され、前記第２高さ位置と前記第１高さ位置との間に高さ差を有する、ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体プロセス装置。

【請求項17】

各前記第１接続棒の一端は対応する前記第１延長セグメントの中点で前記第１延長セグメントに電気的に接続され、各前記第２接続棒の一端は対応する前記第２延長セグメントの中点で前記第２延長セグメントに電気的に接続される、ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体プロセス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体加工の技術分野に関し、具体的には、半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）源は半導体分野においてドライエッチング及び薄膜堆積を行うときに一般的に用いられるプラズマ源である。ＩＣＰ源は、高周波電流がコイルを介して生成された高周波電磁界によってガスを励起してプラズマを生成し、比較的低いチャンバ圧力で動作することができ、プラズマの密度が高く、ワークに対する損傷が小さい等の特徴を有する。特徴スケールの益々縮小に伴い、プロセス加工過程において直面する挑戦もますます厳しくなり、ここではの１つの重要な要件はプラズマ源の一致性であり、ＩＣＰ源については、コイル分布がエッチングの形状及びその均一性に重要な役割を果たし、プラズマ加工装置が高度集積デバイスを製造するプロセス能力をさらに向上させるように、コイル電流の径方向及び角度方向分布の均一対称性を絶えず最適化する必要がある。

【0003】

図１は従来のコイル構造の概略図である。図２は従来技術における電磁界分布の概略図である。図１及び図２に示すように、該コイル構造は内コイル群１１及び外コイル群１２を備え、両者はいずれも２つの平面コイルで構成され、２つの平面コイルはその軸方向に対して１８０°回転対称分布し、各平面コイルのその径方向断面における正投影の形状はいずれもインボリュート形状であり、コイル巻き数は１．５ターンである。内コイル群１１と外コイル群１２のそれぞれの２つの平面コイルの外輪に位置する外端は並列接続され、整合器１３の出力端に電気的に接続され、内輪に位置する内端は並列接続され、整合器１３の入力端に電気的に接続される。

【0004】

図２に示すように、単一平面コイルの形状はインボリュート形状であり、かつ該インボリュートは１．５ターンであることを例とし、該インボリュートは図２に示す破線の両側に位置する左、右２つの部分の幾何学的分布が不均等であり、径方向における分布も不均等であり、その結果、電磁界の左右分布が非対称になり、また、上記インボリュートは径方向における分布も不均等であり、その結果、コイルの左、右及び径方向における電流が異なり、これは、プロセス過程においてプラズマにおけるラジカル及びイオン密度の分布不均一を引き起こし、すなわちプラズマの分布不均一を引き起こし、その結果、ウェハのエッチングが不均一になり、エッチング品質又は効率に悪影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、少なくとも従来技術に存在する技術的課題の１つを解決することを目的とし、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることに用いられ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる、半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明は半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造を提供し、前記コイル構造は少なくとも１つのコイル群を備え、前記コイル群は同軸に設けられた第１サブコイル群と第２サブコイル群を備え、前記第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、前記第２サブコイル群は前記第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、前記第１平面コイルは前記第２平面コイルに直列接続され、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である。

【0007】

任意選択的に、前記第１サブコイル群は複数の前記第１平面コイルを備え、複数の前記第１平面コイルは、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の前記第１平面コイルの第１端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の前記第１平面コイルの第２端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、
前記第２サブコイル群は複数の前記第２平面コイルを備え、複数の前記第２平面コイルは、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の前記第２平面コイルの第１端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の前記第２平面コイルの第２端は前記コイル群の円周方向に沿って均等に分布し、
複数の前記第１平面コイルと複数の前記第２平面コイルとは１対１で対応し、複数の前記第１平面コイルの第１端は並列接続され、複数の前記第２平面コイルの第１端は並列接続され、複数の前記第１平面コイルの第２端は複数の前記第２平面コイルの第２端に１対１で対応して直列接続される。

【0008】

任意選択的に、前記第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の軸方向ピッチは所定軸方向ピッチ以下であり、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像対称であり、又は、
前記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチは前記所定軸方向ピッチより大きく、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像非対称である。

【0009】

任意選択的に、前記所定軸方向ピッチは５ｍｍである。

【0010】

任意選択的に、前記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチの範囲は４ｍｍ以上であり、２０ｍｍ以下である。

【0011】

任意選択的に、前記第１平面コイルと前記第２平面コイルの形状はいずれもインボリュート形状である。

【0012】

任意選択的に、前記第２平面コイルの前記第１平面における正投影は前記第１平面コイルと鏡像非対称であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルとのインボリュートの開始半径、回転数及び半径変化率のうちの少なくとも１つが異なる。

【0013】

任意選択的に、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの回転数よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの大きさを増減させ、及び／又は、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの半径変化率よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの密度振幅を減少又は増大させ、及び／又は、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径を、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの開始半径よりも大きく又は小さくすることにより、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーのピークを、前記コイル群の径方向に沿って前記コイル群の軸線から離れ、又は軸線に近づく方向に移動させる。

【0014】

任意選択的に、前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数の他方のインボリュートの回転数に対する変化範囲は－５％以上＋１２％以下であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率の他方のインボリュートの半径変化率に対する変化範囲は－１０％以上＋３０％以下であり、
前記第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径の他方のインボリュートの開始半径に対する変化範囲は－１０％以上＋１０％以下である。

【0015】

任意選択的に、前記第１平面コイルはＮ個であり、Ｎは２以上の偶数であり、Ｎ個の前記第１平面コイルは前記コイル群の円周方向にＮ／２対の第１コイル対に分けられ、各対の前記第１コイル対はいずれも２つの隣接する前記第１平面コイルを備え、２つの隣接する前記第１平面コイルの第１端の間に両者を並列接続するための第１延長セグメントが接続され、前記Ｎ／２対の第１コイル対における前記第１延長セグメント同士は並列接続され、
前記第２平面コイルはＮ個であり、Ｎ個の前記第２平面コイルは前記コイル群の円周方向にＮ／２対の第２コイル対に分けられ、各対の前記第２コイル対はいずれも２つの隣接する前記第２平面コイルを備え、２つの隣接する前記第２平面コイルの第１端の間に両者を並列接続するための第２延長セグメントが接続され、前記Ｎ／２対の第２コイル対における前記第２延長セグメント同士は並列接続される。

【0016】

任意選択的に、前記Ｎは６以上１０以下である。

【0017】

任意選択的に、各前記第１平面コイルの第２端とそれに対応する前記第２平面コイルの第２端との間に接続セグメントが接続され、両者を直列接続することに用いられ、前記接続セグメントの延在方向は前記コイル群の軸線と互いに平行である。

【0018】

任意選択的に、前記コイル群は複数であり、複数群の前記コイル群のサイズはそれぞれ異なり、互いに嵌め込まれる。

【0019】

別の技術的解決手段として、本発明は半導体プロセス装置をさらに提供し、ＲＦ源、反応チャンバ、及び本発明に係る上記コイル構造を備え、前記反応チャンバの頂部に誘電体窓が設けられ、前記コイル構造は前記誘電体窓の上方に設けられ、前記ＲＦ源はＲＦ電力を前記コイル構造に供給することに用いられる。

【0020】

任意選択的に、前記コイル構造は請求項２～１３のいずれか１項に記載のコイル構造を採用し、
前記プラズマ加工装置は接続構造をさらに備え、前記接続構造は第１接続部材及び第２接続部材を備え、前記第１接続部材は前記第１サブコイル群における複数の前記第１平面コイルの第１端に電気的に接続され、前記第２接続部材は前記第２サブコイル群における複数の前記第２平面コイルの第１端に電気的に接続され、
前記第１接続部材と前記第２接続部材のうちの一方は前記ＲＦ源の入力端に電気的に接続され、前記第１接続部材と前記第２接続部材のうちの他方は前記ＲＦ源の出力端に電気的に接続される。

【0021】

任意選択的に、前記コイル構造は請求項１０又は１１に記載のコイル構造を採用し、
前記第１接続部材はＮ／２個の第１接続棒を備え、前記Ｎ／２個の第１接続棒の一端はそれぞれ、前記Ｎ／２対の第１コイル対における前記第１延長セグメントに電気的に接続され、前記Ｎ／２個の第１接続棒の他端は前記第１平面の上方の第１高さ位置に集合して電気的に接続され、前記第２接続部材はＮ／２個の第２接続棒を備え、前記Ｎ／２個の第２接続棒の一端はそれぞれ、前記Ｎ／２対の第２平面コイル対における前記第２延長セグメントに電気的に接続され、前記Ｎ／２個の第２接続棒の他端は前記第１平面の上方の第２高さ位置に集合して電気的に接続され、前記第２高さ位置と前記第１高さ位置との間に高さ差を有する。

【0022】

任意選択的に、各前記第１接続棒の一端は対応する前記第１延長セグメントの中点で前記第１延長セグメントに電気的に接続され、各前記第２接続棒の一端は対応する前記第２延長セグメントの中点で前記第２延長セグメントに電気的に接続される。

【発明の効果】

【0023】

本発明の有益な効果は以下のとおりである。

【0024】

本発明に係る半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造は、少なくとも１群のコイル群を備え、該コイル群は第１サブコイル群と第２サブコイル群を備え、第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、第２サブコイル群は第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、第１平面コイルは第２平面コイルに直列接続され、第２平面コイルの第１平面における正投影は第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である。第２平面コイルの第１平面における正投影を第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称とすることにより、第１サブコイル群及び第２サブコイル群によって生成された磁界と電界を互いに補償させることができ、すなわち、両者によって生成された磁界と電界が互いに重畳して形成された総磁界と総電界の分布が鏡像対称であり、それにより、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。

【0025】

本発明に係る半導体プロセス装置は、本発明に係る上記コイル構造を採用することにより、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は従来のコイル構造の概略図である。

【図2】図２は従来技術における電磁界分布の概略図である。

【図3A】図３Ａは本発明の第１実施例に採用される第１種の単一第１平面コイルとそれに直列接続される第２平面コイルの第１平面における正投影の概略図である。

【図3B】図３Ｂは図３Ａにおける単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの鏡像の第１平面における正投影の概略図である。

【図4】図４はインボリュートのパラメータの概略図である。

【図5A】図５Ａは本発明の第１実施例に採用される第２種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの鏡像の第１平面における正投影の概略図である。

【図5B】図５Ｂは本発明の第１実施例に採用される第３種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの鏡像の第１平面における正投影の概略図である。

【図5C】図５Ｃは本発明の第１実施例に採用される第４種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの鏡像の第１平面における正投影の概略図である。

【図5D】図５Ｄは本発明の第１実施例に採用される第５種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの鏡像の第１平面における正投影の概略図である。

【図6A】図６Ａは図５Ｃにおける第４種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのコイル巻き数が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。

【図6B】図６Ｂは図５Ｂにおける第３種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの半径変化率が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。

【図6C】図６Ｃは図５Ｄにおける第５種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの開始半径が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。

【図7】図７は図１のコイル構造の径方向断面における投影図である。

【図8】図８は本発明の第２実施例に係るコイル構造の構造概略図である。

【図9A】図９Ａは本発明の第３実施例に採用される第１サブコイル群の第１平面における正投影の概略図である。

【図9B】図９Ｂは本発明の第３実施例に採用される第１サブコイル群及び第２サブコイル群の第１平面における正投影の概略図である。

【図10A】図１０Ａは図９Ａのコイル構造における複数の第１平面コイルの第１端の並列接続された場合の正投影の概略図である。

【図10B】図１０Ｂは図９Ａのコイル構造における複数の第１平面コイルの第１端の並列接続された場合の斜視図である。

【図11】図１１は図８のコイル構造における複数の第１平面コイルと複数の第２平面コイルとを電気的に接続した場合の斜視図である。

【図12】図１２は本発明の第２実施例に係る別のコイル構造の斜視図である。

【図13】図１３は本発明の第３実施例に係るプラズマ加工装置の構造概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

当業者が本発明の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下、図面を参照して本発明に係る半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造及び半導体プロセス装置について詳細に説明する。
第１実施例

【0028】

本実施例は、半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造を提供し、上記半導体プロセス装置は、ウェハに対してエッチングプロセスを行うことに用いられ得て、該コイル構造は、上部電極として反応チャンバにおけるプロセスガスを励起してプラズマを形成することに用いられる。

【0029】

該コイル構造は少なくとも１つのコイル群を備え、該コイル群は同軸に設けられた第１サブコイル群と第２サブコイル群を備え、第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、該第１平面は上記コイル群の軸線に垂直であり、第２サブコイル群は上記第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、第１平面コイルは第２平面コイルに直列接続され、第２平面コイルの第１平面における正投影は第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である。上記第２平面は、例えば、上記第１平面コイルが位置する第１平面の下方から一定の間隔を有するところに位置し、すなわち、第２平面コイルは第１平面コイルの下方に位置し、かつ、両者の間には垂直間隔を有する。

【0030】

鏡像は、第１平面コイルの第１平面における正投影（以下、第１投影Ａと略称）と第２平面コイルの第１平面における正投影（以下、第２投影Ｂと略称）の形状が同じ又は類似であるが、配列方向が逆であることを指し、具体的には、第１投影Ａと第２投影Ｂは、いずれも第１平面に平行な表裏両面を有し、第１投影Ａと第２投影Ｂのうちの一方の表面形状は、第１投影Ａと第２投影Ｂのうちの他方の裏面形状と同じ又は類似である。対称は、第１投影Ａと第２投影Ｂのうちの一方の表面形状と、第１投影Ａと第２投影Ｂのうちの他方の裏面形状との全てのパラメータが完全に同じであることを指し、非対称は、第１投影Ａと第２投影Ｂのうちの一方の表面形状と、第１投影Ａと第２投影Ｂうちのの他方の裏面形状とが類似であるが、一部のパラメータが異なることを指す。

【0031】

例えば、図３Ａを参照し、第１平面コイル及び第２平面コイルの形状はいずれもインボリュート形状であり、第１平面コイルの形状は第１インボリュート３１であり、第２平面コイルの形状は第２インボリュート３２である。該第２インボリュート３２の第１平面における正投影は第１インボリュート３１と鏡像非対称である。具体的には、図４に示すように、インボリュートの回転中心は点０、始点はＣ０、開始半径はＲ０、終点はＣ１、終了半径はＲ１である。本実施例では、図３Ａにおける第１インボリュート３１と第２インボリュート３２の開始半径、回転数、半径変化率の少なくとも１つを異ならせることで、両者を鏡像非対称とする。

【0032】

例えば、図３Ｂに示すように、比較しやすいように、図３Ａにおける第１インボリュート３１と第２インボリュート３２のうちの一方の表、裏面を反転させ、すなわち、図３Ｂにおける第１インボリュート３１と第２インボリュート３２のうちの一方は鏡像化した形状である。比較から分かるように、図３Ｂにおける第１インボリュート３１と第２インボリュート３２の始点は重なり、開始半径は同じであるが、第１インボリュート３１の回転数は第２インボリュート３２の回転数よりも大きく、第１インボリュート３１の半径変化率は第２インボリュート３２の半径変化率よりも小さい。このことから分かるように、第１インボリュート３１と第２インボリュート３２との回転数及び半径変化率は異なり、それにより、両者を鏡像非対称とする。

【0033】

いくつかの任意選択的な実施例では、第１平面コイルの第２端３１２は第２平面コイルの第２端３２２に直列接続され、それにより、第１平面コイルと第２平面コイルを直列接続することを実現する。

【0034】

第２平面コイルの第１平面における正投影を第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称とすることにより、第１平面コイルと第２平面コイルによって生成される磁界と電界を互いに補償させることができ、すなわち、両者によって生成された磁界と電界が互いに重畳して形成された総磁界と総電界の分布は鏡像対称であり、それにより、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。

【0035】

いくつかの好ましい実施例では、第１平面コイル及び第２平面コイルの形状は、例えば、渦巻き状のインボリュート、又は、多角形（例えば四角形）のインボリュートなど形状である。勿論、実際の応用には、第１平面コイル及び第２平面コイルの形状は他の任意の形状であってもよく、例えば円弧状などである。

【0036】

上記第１サブコイル群と上記第２サブコイル群との間の軸方向ピッチの大きさは、上部電極電源から出力された電力の大きさに応じて設定され、例えば、上部電極電源から出力された電力が中、小電力範囲（一般的に＜２０００Ｗ）である場合、上記軸方向ピッチを比較的小さい範囲内に設定してもよく、上部電極電源から出力された電力が大電力範囲（一般的に≧２０００Ｗ）である場合、上記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の距離が近すぎることによる点火現象を回避するように、上記軸方向ピッチを比較的大きい範囲内に設定すべきであり、しかし、上記軸方向ピッチは大きすぎるべきではなく、そうでなければ、電流分布の差に対する上記第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の差補償作用が失効する。

【0037】

いくつかの好ましい実施例では、前記第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の軸方向ピッチの範囲は、４ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。軸方向ピッチを該数値範囲内に設定することにより、上記第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の距離が近すぎることによる点火現象を回避することができるだけでなく、電流分布の差に対する第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の差補償作用を実現することができる。

【0038】

いくつかの任意選択的な実施例では、上記所定の軸方向ピッチは５ｍｍである。

【0039】

いくつかの任意選択的な実施例では、第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチが所定の軸方向ピッチ（例えば５ｍｍ）以下である場合、上記第１投影Ａと第２投影Ｂは鏡像対称である。軸方向ピッチが小さい場合、上記第１投影Ａと第２投影Ｂは鏡像対称であり、電流分布の差に対する第１サブコイル群と前記第２サブコイル群との間の補償作用を実現することができる。

【0040】

しかし、第１サブコイル群と第２サブコイル群との間の軸方向ピッチが上記所定の軸方向ピッチより大きい場合、上記補償作用が不足する状況があり、このような状況に対して、上記第１投影Ａと第２投影Ｂを鏡像非対称的にすることができ、このようにして、補償作用を補強する効果を奏することができる。すなわち、第２平面コイルの第１平面における正投影を第１平面コイルと鏡像非対称とすることは、両者の部分パラメータの間の差差を利用して上記補償作用が不足する状況を補い、最終的な総磁界と総電界との分布が鏡像対称であることを保証する。

【0041】

なお、図３Ａ及び図３Ｂには、上記第１投影Ａと第２投影Ｂが鏡像非対称であることを実現する第１平面コイル及び第２平面コイルのうちの一方のみを示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、実際の応用には、第１平面コイルとそれに直列接続される第２平面コイルのインボリュートの開始半径、回転数及び半径変化率のうちの少なくとも１つを異ならせることにより、上記第１投影Ａと第２投影Ｂを鏡像非対称とすることを実現できる。以下に、第１平面コイルの第１インボリュート３１とそれに直列接続された第２平面コイルの第２インボリュート３２の開始半径、回転数及び半径変化率のうちの少なくとも１つが異なるいくつかのことが挙げられる。

【0042】

図５Ａに示すように、第１インボリュート３１と第２インボリュート３２とは、始点が重なり、開始半径が同じであるが、第１インボリュート３１の回転数が第２インボリュート３２の回転数よりも小さく、第１インボリュート３１の半径変化率が第２インボリュート３２の半径変化率よりも小さい。

【0043】

図５Ｂに示すように、第１インボリュート３１と第２インボリュート３２とは、始点が重なり、開始半径が同じで、回転数が同じであり、第１インボリュート３１の半径変化率が第２インボリュート３２の半径変化率よりも小さい。

【0044】

図５Ｃに示すように、第１インボリュート３１と第２インボリュート３２とは、始点が重なり、開始半径が同じであり、半径変化率が同じであり、第１インボリュート３１の回転数が第２インボリュート３２の回転数よりも小さい。

【0045】

図５Ｄに示すように、第１インボリュート３１と第２インボリュート３２とは、始点が重ならず、半径変化率が同じで、回転数が同じであり、第１インボリュート３１の開始半径が第２インボリュート３２の開始半径よりも大きい。

【0046】

図６Ａは、図５Ｃにおける第４種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのコイル巻き数が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。図６Ａにおける横座標は反応チャンバの径方向半径（コイル群の径方向）である。縦座標は結合エネルギーの大きさである。曲線Ｓ１は、第１インボリュート３１に対応する第１平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線であり、曲線Ｓ２は、第２インボリュート３２に対応する第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線である。図５Ｃに示すように、第２インボリュート３２の回転数（０．９ターン）が第１インボリュート３１の回転数（０．７５ターン）よりも大きく、この場合には、第２平面コイルの有効長さが第１平面コイルの有効長よりも大きくなり、このようにして、曲線Ｓ１に対する曲線Ｓ２の被覆面積がより大きくなり、第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーが第１平面コイルの下方に形成された結合エネルギーよりも大きくなるが、第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーのピークのみが第１平面コイルに対して僅かに小さくなる。このことから分かるように、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数を増減させ、すなわち、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数を、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの回転数よりも大きく、又は小さくすることにより、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方の下方に形成された結合エネルギーの大きさを増減させることができ、それにより、電流分布の差を補償する役割を果たすことができる。実際の応用には、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの回転数のうちの一方のみを調整することができ、又は第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの回転数を同時に調整することもできる。

【0047】

いくつかの任意選択的な実施例では、第１平面コイルとそれに直列接続された前記第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの回転数の他方のインボリュートの回転数に対する変化範囲は－５％以上＋１２％以下である。ここで、記号「－」は減少を意味し、記号「＋」は増加を意味する。

【0048】

図６Ｂは、図５Ｂの第３種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの半径変化率が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。図６Ｂにおける横座標は反応チャンバの径方向半径であり、縦座標は結合エネルギーの大きさである。曲線Ｓ１は、第１インボリュート３１に対応する第１平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線であり、曲線Ｓ２は、第２インボリュート３２に対応する第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線である。図５Ｂに示すように、第１インボリュート３１の半径変化率（７０ｍｍ／巻き数）が第２インボリュート３２の半径変化率（９０ｍｍ／巻き数）よりも小さく、この場合、第１平面コイルは第２平面コイルよりも径方向にコンパクトになり、このようにして、第１平面コイル２１の下方に形成された結合エネルギーの密度振幅が大きくなり、図６Ｂに示すように、曲線Ｓ１は曲線Ｓ２よりも結合エネルギーの密度振幅が大きくなる。このことから分かるように、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率を増減させ、すなわち、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率を第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの半径変化率よりも大きく、又は小さくすることにより、各第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのそれぞれの下方に形成された結合エネルギーの密度振幅を減少又は増大させることができ、それにより、電流分布の差を補償する役割を果たすことができる。実際の応用には、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの半径変化率のうちの一方のみを調整することができ、又は第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの半径変化率を同時に調整することもできる。

【0049】

いくつかの任意選択的な実施例では、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの半径変化率の他方のインボリュートの半径変化率に対する変化範囲は、－１０％以上＋３０％以下である。

【0050】

図６Ｃは、図５Ｄにおける第５種の単一第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルの開始半径が異なる場合の結合エネルギー分布曲線の比較図である。図６Ｃにおける横座標は反応チャンバの径方向半径であり、縦座標は結合エネルギーの大きさである。曲線Ｓ１は、第１インボリュート３１に対応する第１平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線であり、曲線Ｓ２は、第２インボリュート３２に対応する第２平面コイルの下方に形成された結合エネルギーの曲線である。図５Ｄに示すように、第１インボリュート３１の開始半径（１５０ｍｍ）は、第２インボリュート３２の開始半径（１２０ｍｍ）よりも大きく、この場合、インボリュートの開始半径が大きいほど、結合エネルギーのピークは反応チャンバの径方向の半径が大きい位置に近くなり、このようにして、曲線Ｓ１の結合エネルギーのピークは曲線Ｓ２よりも反応チャンバの径方向の半径が大きい位置に近くなる。このことから分かるように、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径を増減させ、すなわち、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径を、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの開始半径よりも大きく、又は小さくすることにより、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方の下方に形成された結合エネルギーのピークをコイル群の径方向に沿って（すなわち、反応チャンバの径方向）コイル群の軸線から離れ、又は軸線に近づく方向に移動させ、それにより、電流分布の差に対する補償作用を果たすことができる。実際の応用には、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの開始半径のうちの一方のみを調整することができ、又は第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのインボリュートの開始半径を同時に調整することもできる。

【0051】

いくつかの任意選択的な実施例では、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの一方のインボリュートの開始半径の、第１平面コイルとそれに直列接続された第２平面コイルのうちの他方のインボリュートの開始半径に対する変化範囲は－１０％以上＋１０％以下である。

【0052】

なお、実際の応用には、第１平面コイル及び第２平面コイルの形状は他の任意の形状であってもよく、例えば円弧状などであり、この場合、異なる形状の特性に応じて、該形状の関連パラメータを調整することができ、電流分布の差異に対する補償作用を果たすことができればよい。
第２実施例

【0053】

図１に示すコイル構造について、その径方向断面における正投影の形状は円周方向（すなわち、角度方向）において非対称性を有し、具体的には、図７に示すように、該径方向断面を４つの象限領域（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ）に区分し、各平面コイルのインボリュートは内端から外端に延びる過程でその半径が徐々に大きくなるため、コイル構造の第１象限領域Ｉ及び第３象限領域ＩＩＩにおける部分と第２象限領域ＩＩ及び第４象限領域ＩＶにおける部分とに明らかな差があり、その結果、上記コイル構造の円周方向（すなわち、角度方向）における電流分布に差を生じさせ、それにより、電磁界の分布不均一を引き起こし、プロセス処理過程において、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度分布の非対称を引き起こし、さらにプラズマ密度の角度方向の分布不均一を引き起こし、最終的にプロセスの均一性に影響を与える。

【0054】

上記技術的課題を解決するために、本実施例では、上記第１実施例を基にして、コイルの構造を改進する。具体的には、図８を参照し、第１サブコイル群はいずれも上記第１平面内に位置する複数の第１平面コイル２１を備え、複数の第１平面コイル２１は、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１はコイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の第１平面コイル２１の第２端２１２はコイル群の円周方向に沿って均等に分布し、換言すれば、複数の第１平面コイル２１は、異なる回転角度で円周方向に配列され、いずれかの第１平面コイル２１は、コイル群の円周方向に沿って時計回り又は反時計回りに一定の角度だけ回転した後、隣接する別の第１平面コイル２１と重なる。第２サブコイル群は複数の第２平面コイル２２を備え、複数の第２平面コイル２２は、形状が同じであり、互いに間隔を空けて設けられ、複数の第２平面コイル２２の第１端２２１はコイル群の円周方向に沿って均等に分布し、複数の第２平面コイル２２の第２端はコイル群の円周方向に沿って均等に分布し、換言すれば、複数の第２平面コイル２２は、異なる回転角度で円周方向に配列され、いずれかの第２平面コイル２２は、コイル群の円周方向に沿って時計回り又は反時計回りに一定の角度だけ回転した後、隣接する別の第２平面コイル２２と重なる。そして、複数の第１平面コイル２１と複数の第２平面コイル２２とは１対１で対応し、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１は並列接続され、複数の第２平面コイル２２の第１端２２１は並列接続され、複数の第１平面コイル２１の第２端２１２はそれぞれ複数の第２平面コイル２２の第２端２２２に直列接続される。

【0055】

具体的には、図９Ａに示すように、複数の第１平面コイル２１を例にし、複数の第１平面コイル２１の形状は同じであり、例えば、いずれもインボリュート形状であり、そして、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１のうち、任意の隣接する２つの第１平面コイル２１の第１端２１１同士は、コイル群の円周方向に間隔を有し、換言すれば、いずれかの第１平面コイル２１の第１端２１１は、コイル群の軸線の周りに時計回り又は反時計回りに一定の角度（上記間隔に対応する中心角）だけ回転した後、隣接する別の第１平面コイル２１の第１端２１１に重なり、複数の第１平面コイル２１の形状が同じであるため、いずれかの第１平面コイル２１は、コイル群の軸線の周りに時計回り又は反時計回りに一定の角度回転した後、隣接する別の第１平面コイル２１と完全に重なり、例えば、図９Ａに８つの第１平面コイル２１が示され、この場合、いずれかの第１平面コイル２１は、コイル群の軸線の周りに時計回り又は反時計回りに４５°回転した後、隣接する別の第１平面コイル２１と完全に重なる。

【0056】

複数の第１平面コイル２１は同じ形状であり、かつ、上記コイル群の円周方向に均等に分布し得、このようにして、複数の第１平面コイル２１は、コイル群の円周方向に角度方向対称性、すなわち、コイル群の円周方向に対称性を有し、それにより円周方向における電流分布に差が生じることを回避でき、さらにプラズマ密度の角度方向分布均一性を向上させて、プロセスの均一性を向上させることができる。

【0057】

同じコイル群における第１平面コイル２１の数が多いほど、複数の第１平面コイル２１が共同で第１平面上において構成する投影の角度方向対称性が良くなり、プラズマ密度の角度方向分布対称性を向上させる上で有利となる。いくつかの好ましい実施例では、第１平面コイル２１の数は６以上１０以下である。

【0058】

複数の第２平面コイル２２は、上記第１平面コイル２１と同様に、いずれも第２平面内に位置しており、かつ形状が同じであり、例えば、いずれもインボリュート形状である。複数の第２平面コイル２２は、コイル群の円周方向において、同様に角度方向対称性を有し、それにより、円周方向における電流分布に差が生じることを回避することができ、さらにプラズマ密度の角度方向分布均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させることができる。

【0059】

そして、複数の第２平面コイル２２の第１端２２１は並列接続され、複数の第１平面コイル２１の第２端２１２はそれぞれ、複数の第２平面コイル２２の第２端２２２に直列接続される。この場合、複数の第２平面コイル２２の第１端部２２１と複数の第１平面コイル２１の第１端部２１１とのうちの一方は、ＲＦ給電端としてＲＦ源の出力端に電気的に接続され、他方は、ＲＦ出力端としてＲＦ源の入力端に電気的に接続される。

【0060】

図９Ｂに示すように、複数の第１平面コイル２１からなる第１サブコイル群が共同で第１平面上において構成する正投影は第３投影Ｃであり、複数の第２平面コイル２２からなる第２サブコイル群が共同で第１平面上において構成する正投影は第４投影Ｄであり、該第３投影Ｃは第４投影Ｄと鏡像対称又は鏡像非対称である。このようにして、複数の第１平面コイル２１及び複数の第２平面コイル２２は、すべてコイル群の円周方向に角度方向対称性を有した上で、第１サブコイル群及び第２サブコイル群によって生成された磁界と電界を互いに補償させることができ、最終的に両者の総磁界と総電界との分布を鏡像対称にさせ、それにより、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。

【0061】

いくつかの任意選択的な実施例では、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１が並列接続される形態及び複数の第２平面コイル２２の第１端２２１が並列接続される形態は様々であり、例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１の並列を例とし、第１平面コイル２１をＮ個とすれば、Ｎは２以上の偶数であり、例えばＮは６以上１０以下である。図１０ＡにＮ＝８である。Ｎ個の第１平面コイル２１はコイル群の円周方向にＮ／２対の第１コイル対に分けられ、例えば、図１０Ａにおける８つの第１平面コイル２１は４対の第１コイル対（２つずつ）に分けられ、各対の第１コイル対はいずれも２つの隣接する第１平面コイル（２１ａ、２１ｂ）を備え、２つの隣接する第１平面コイル（２１ａ、２１ｂ）の第１端（２１１ａ、２１１ｂ）の間に両者を並列接続するための第１延長セグメント２３が接続され、そして、Ｎ／２対の第１コイル対における第１延長セグメント２３同士は並列接続され、例えば、図１０Ｂに示すように、Ｎ／２対の第１コイル対における第１延長セグメント２３同士は接続構造４を介して並列接続される。

【0062】

いくつかの任意選択的な実施例では、図１０Ｂに示すように、各第１延長セグメント２３の中点をＲＦ給電点又はＲＦ出力点とし、このようにして、隣接する２つの第１平面コイル（２１ａ、２１ｂ）の長さを同じにすることができ、それにより、第１平面コイル（２１ａ、２１ｂ）を流れる電流の経路を同じにすることができる。

【0063】

複数の第２平面コイル２２の第１端２２１が並列接続される態様は、上記複数の第１平面コイル２１の第１端２１１が並列接続される態様と同様である。具体的には、第２平面コイル２２はＮ個であり、Ｎ個の第２平面コイル２２はコイル群の円周方向にＮ／２対の第２コイル対に分けられ、各対の第２コイル対はいずれも２つの隣接する第２平面コイル２２を備え、２つの隣接する第２平面コイル２２の第１端２２１の間に両者を並列接続するための第２延長セグメントが接続され、Ｎ／２対の第２コイル対における第２延長セグメント同士は並列接続される。

【0064】

なお、複数の第２平面コイル２２の第１端２２１が並列接続される態様と、上記複数の第１平面コイル２１の第１端２１１が並列接続される態様とは、他の任意の形態を採用することができ、例えば、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１が直接並列接続され、かつ複数の第２平面コイル２２の第１端２２１が直接並列接続される。

【0065】

いくつかの任意選択的な実施例では、複数の第１平面コイル２１の第２端２１２がそれぞれ複数の第２平面コイル２２の第２端２２２に直列接続される形態は様々であり、例えば、図８に示すように、各第１平面コイル２１の第２端２１２とそれに対応する第２平面コイル２２の第２端２２２との間に接続セグメント２４が接続され、両者を直列接続することに用いられ、該接続セグメント２４の延在方向はコイル群の軸線と互いに平行である。

【0066】

いくつかの任意選択的な実施例では、図１１に示すように、コイル群は１つであり、第１サブコイル群と第２サブコイル群を備え、かつ、両者はコイル群の軸線に沿って間隔をあけて設けられる。そして、上記第１サブコイル群は、上記第１平面内に位置する複数の第１平面コイル２１を備え、上記第２サブコイル群は、上記第１平面に平行な第２平面内に位置する複数の第２平面コイル２２を備える。そして、第１サブコイル群における異なる第１延長セグメント２３同士は、接続構造４における第１接続部材４１を介して並列接続され、第２サブコイル群における異なる第２延長セグメント２５同士は、接続構造４における第２接続部材４２を介して並列接続され、各第１平面コイル２１の第２端と、それに対応する第２平面コイル２２の第２端とは、接続セグメント２４を介して直列接続される。第１接続部材４１と第２接続部材４２のうちの一方はＲＦ源の入力端に電気的に接続することに用いられ、他方はＲＦ源の出力端に電気的に接続することに用いられる。

【0067】

いくつかの任意選択的な実施例では、図１２は別のコイル構造２’を示し、上記コイル構造２に比べて、該コイル構造２’の違いは以下のとおりである：コイル構造２’は２群のコイル群（２ａ、２ｂ）を備え、２群のコイル群（２ａ、２ｂ）は、サイズが異なり、互いに嵌め込まれる。２群のコイル群（２ａ、２ｂ）はそれぞれ半導体プロセス装置の反応チャンバの異なる直径の円周に設けられる。例えば、コイル群２ａはコイル群２ｂの周囲に周設され、２群のコイル群（２ａ、２ｂ）はそれぞれ反応チャンバの中央領域と周辺領域に対応する。このようにして、反応チャンバの径方向におけるプラズマの分布均一性を向上させることができる。当然のことながら、実際の応用には、コイル群は３群又は４群以上であってもよく、本発明の実施例はこれについて特に限定しない。

【0068】

以上により、本発明に係る半導体プロセス装置におけるプラズマを生成するためのコイル構造は、少なくとも１群のコイル群を備え、該コイル群は同軸に設けられた第１サブコイル群及び第２サブコイル群を備え、第１サブコイル群は第１平面内に位置する少なくとも１つの第１平面コイルを備え、第２サブコイル群は第１平面に平行な第２平面内に位置する少なくとも１つの第２平面コイルを備え、第１平面コイルは第２平面コイルに直列接続され、第２平面コイルの第１平面における正投影は第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称である。第２平面コイルの第１平面における正投影を第１平面コイルと鏡像対称又は鏡像非対称とすることにより、第１サブコイル群及び第２サブコイル群によって生成された磁界と電界を互いに補償させることができ、最終的に両者の総磁界と総電界との分布を鏡像対称にさせ、それにより、コイルの径方向及び角度方向における電流分布の差を補償することができ、コイルの下方に生成された結合エネルギーの分布均一性を向上させ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の分布均一性を向上させる。
第３実施例

【0069】

別の技術的解決手段として、本実施例は半導体プロセス装置をさらに提供し、例えば、図１３に示すように、該半導体プロセス装置は上部電極のＲＦ源１０５、反応チャンバ１００、コイル構造２’を備え、反応チャンバ１００の頂部に誘電体窓１０１が設けられ、該コイル構造２’は誘電体窓１０１の上方に設けられ、コイル構造２’は、本発明の上記各実施例に係るコイル構造、例えば、図１２に示すコイル構造２’を採用する。

【0070】

ＲＦ源１０５は、ＲＦ電力をコイル構造２’に供給し、反応チャンバ１００におけるプロセスガスを励起してプラズマ（Ｐｌａｓｍａ）を形成することに用いられる。ＲＦ電源１０５は、例えば、ＲＦ電源及び整合器を備え、或いは、ＲＦ電源のみが設けられてもよい。また、反応チャンバ１００には、ウェハを載置するためのベース１０２がさらに設けられ、該ベース１０２は下部電極のＲＦ源１０３に電気的に接続される。該ＲＦ源１０３はベース１０２にＲＦバイアスを印圧することに用いられ、プラズマを吸着してウェハ表面に向かって移動させる。

【0071】

いくつかの任意選択的な実施例では、コイル構造は、上記第２実施例におけるコイル構造、例えば図１１又は図１２におけるコイル構造を採用する。この場合、上記半導体プロセス装置は接続構造４をさらに備え、該接続構造４は第１接続部材４１及び第２接続部材４２を備え、第１接続部材４１は上記第１サブコイル群における複数の第１平面コイル２１の第１端２１１に電気的に接続され、それにより、複数の第１平面コイル２１の第１端２１１の並列接続を実現し、第２接続部材４２は上記第２サブコイル群における複数の第２平面コイル２２の第１端２２１を電気的に接続することに用いられ、それにより、複数の第２平面コイル２２の第１端２２１の並列接続を実現し、そして、第１接続部材４１と第２接続部材４２のうちの一方は、上記ＲＦ源１０５の入力端に電気的に接続され、第１接続部材４１と第２接続部材４２のうちの他方は、上記ＲＦ源１０５の出力端に電気的に接続される。

【0072】

いくつかの任意選択的な実施例では、コイル構造は図１１又は図１２におけるコイル構造を採用する。この場合、図１１及び図１２に示すように、上記第１接続部材４１はＮ／２個の第１接続棒を備え、例えば、図１１及び図１２に４つの第１接続棒を示す。Ｎ／２個の第１接続棒の一端は、それぞれＮ／２対の第１コイル対における第１延長セグメント２３に電気的に接続され、Ｎ／２個の第１接続棒の他端は、上記第１平面の上方の第１高さ位置に集合して電気的に接続され、該集合箇所は、すなわち、上記ＲＦ源１０５の入力端又は出力端に電気的に接続される接続位置として用いられる。

【0073】

同様に、第２接続部材４２はＮ／２個の第２接続棒を備え、Ｎ／２個の第２接続棒の一端は、それぞれ、Ｎ／２対の第２平面コイル対における第２延長セグメント２５に電気的に接続され、Ｎ／２個の第２接続棒の他端は、上記第１平面の上方の第２高さ位置に集合して電気的に接続され、かつ、第１接続部材４１と第２接続部材４２が接触しないことを保証するように、該第２高さ位置と上記第１高さ位置との間に高さ差を有する。

【0074】

いくつかの任意選択的な実施例では、各第１延長セグメント２３の中点がＲＦ給電点又はＲＦ出力点として用いられ、各第２延長セグメント２５の中点がＲＦ出力点又はＲＦ給電点として用いられ、このようにして、２つの隣接する第１平面コイル２１の長さ及び２つの隣接する第２平面コイル２２の長さが同じであることを保証することができ、それにより、各第１平面コイル２１を流れる経路と各第２平面コイル２２を流れる経路をすべて同じにする。

【0075】

本発明に係る半導体プロセス装置は、本発明に係る上記コイル構造を採用することにより、コイルの径方向における電流分布の差を補償し、コイルの下方に生成された結合エネルギーの径方向における分布均一性を向上させることができ、それにより、プラズマにおけるラジカル及びイオン密度の径方向における分布均一性を向上させる。

【0076】

理解できるように、以上の実施形態は、本発明の原理を説明するために採用された例示的な実施形態にすぎないが、本発明はこれに限定されない。当業者であれば、本発明の精神及び本質を逸脱せずに様々な変形及び改良を行うことができ、これらの変形及び改良も本発明の保護範囲とみなされる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】