(57)【要約】      （修正有）【課題】真空プラズマ・チャンバ内の加工物上で均一なプラズマ密度を達成することができるプラズマ処理装置用のコイルを提供する。【解決手段】プラズマ処理装置用のコイル１７０であって、ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１励振端子１８８および第２励振端子１９０を備え、巻線１７２が第１励振端子１８８に、巻線１７４が第２励振端子１９０に接続され、短絡巻回１８６が巻線１７２および巻線１７４に結合されている。【選択図】図２
2010232180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置用のコイルであって、ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子を備え、少なくとも１つの巻線が、前記第１および第２の励振端子に接続され、短絡巻回が前記少なくとも１つの巻線に結合されているコイル。
【請求項２】
前記少なくとも１つの巻線が、コイルの内側部分と周辺部分の間で、概して半径方向かつ円周方向に延びるとともに、前記巻回がコイルの最内部に結合されている、請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記少なくとも１つの巻線が、コイルの内側部分と周辺部分の間で、概して半径方向かつ円周方向に延びるとともに、前記巻回がコイルの最外部に結合されている、請求項１に記載のコイル。
【請求項４】
前記少なくとも１つの巻線が、コイルの内側部分と周辺部分の間で概して半径方向かつ円周方向に延びるとともに、前記巻回が、コイルの内部と外部の間の、コイルの中間部分に結合されている、請求項１に記載のコイル。
【請求項５】
前記少なくとも１つの巻線が、コイルの内側部分と周辺部分の間で概して半径方向かつ円周方向に延びるとともに、前記第１および第２の励振端子が、それぞれコイルの内部および外部に位置する、請求項１から４のいずれかに記載のコイル。
【請求項６】
コイルが、前記第１および第２の励振端子に並列に接続された、複数の多重巻回巻線を含む、請求項１から５のいずれかに記載のコイル。
【請求項７】
前記多重巻回巻線が、交互配置螺旋である、請求項６に記載のコイル。
【請求項８】
前記ＲＦ励振回路によって導出されるＲＦ用の短絡巻回のＲＦインピーダンスを、前記それぞれの巻線の対応する角度においてＲＦ電圧が実質的に同じになるようにした、請求項１から７のいずれかに記載のコイル。
【請求項９】
前記短絡巻回が、前記少なくとも１つの巻線にオーム接続されている、請求項１から８のいずれかに記載のコイル。
【請求項１０】
前記短絡巻回が、コイルの他の部分とリアクタンス結合だけをされている、請求項１に記載のコイル。
【請求項１１】
加工物をプラズマで処理するために配設されたＲＦ励振回路と真空チャンバとを含むプラズマ処理装置と組み合わせたコイルであって、前記真空チャンバは窓を有し、前記コイルは、前記窓を介して磁場を前記チャンバ内部に結合するために、前記窓に近接して前記チャンバの外側に装着されており、前記ＲＦ励振回路は、前記第１および第２の励振端子に接続された両側の第１および第２の端子を有する、請求項１から１０のいずれかに記載のコイル。
【請求項１２】
前記ＲＦ励振回路が、整合回路およびキャパシタを含み、前記整合回路は、前記ＲＦ励振回路の第１の端子を形成し、前記第１の励振端子に接続された非接地端子を有し、前記キャパシタは、前記第２の励振端子に接続された第１の電極と、前記ＲＦ励振回路の前記第２の端子に接続された第２の電極とを有する、請求項１から１０のいずれかに記載のコイル、または請求項１１に記載の組合せ。
【請求項１３】
前記ＲＦ励振回路が、整合回路の入力端子と、前記ＲＦ励振回路の第２の端子を形成する接地出力端子とに接続された、第１および第２の出力端子を有するＲＦ発生源を含み、前記ＲＦ発生源の周波数、および前記巻線のそれぞれの長さが、前記第１および第２の励振端子の間でそれぞれの巻線の長さに沿って、ＲＦ電圧および電流が実質的に直線的に変化するようにした、請求項１から１１のいずれかに記載のコイル、または請求項１２に記載の組合せ。
【請求項１４】
前記第１および第２の励振端子間における前記巻線のそれぞれの長さが、前記ＲＦ発生源周波数の波長の約１／８以下である、請求項１から１０、１２または１３のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から１３に記載の組合せ。
【請求項１５】
前記キャパシタの値を、前記第１および第２の励振端子のＲＦ電圧が実質的に同一になるようにした、請求項１２に記載のコイルまたは組合せ。
【請求項１６】
センサ装置と、前記キャパシタの値のコントローラとをさらに含む、請求項１２に記載の組合せ。
【請求項１７】
前記コントローラが、前記第１および第２の励振端子のＲＦ電圧値を実質的に同一に維持するために、前記センサ装置に応答するように配設されている、請求項１６に記載の組合せ。
【請求項１８】
コイルが、前記励振端子に並列に接続された複数の多重巻回巻線を含み、前記巻線のそれぞれはコイルの内側部分と外側部分の間で概して半径方向かつ円周方向に延びており、コイルは中心を有し、前記巻線どうしは実質的に同一平面をなし、前記巻線のそれぞれは、コイル中心からほぼ同一距離だけ間隔を空けた最内部と、コイル中心からほぼ同一距離だけ間隔を空けた最外部とを有する、請求項１から１０、１２、１２、１４または１５のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から１７のいずれかに記載の組合せ。
【請求項１９】
前記短絡巻回が、（ａ）前記巻線のそれぞれの最内部に結合され、かつ（ｂ）前記コイルの中心を包囲する、請求項１から１８のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から１８のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２０】
前記短絡巻回が、前記コイルの中心と実質的に一致する中心を有するリングとして形成されている、請求項１から１９のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から１９のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２１】
前記巻線が、前記コイルの中心に対して実質的に対称である、請求項１から２０のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２０のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２２】
前記短絡巻回と巻線が、実質的に同一平面をなす、請求項１から２１のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２１のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２３】
前記短絡巻回が、（ａ）前記巻線のそれぞれの中間部分に結合され、かつ（ｂ）前記コイルの中心を包囲する、請求項１から２２のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２２のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２４】
前記コイルが、処理装置チャンバ外部の窓に近い位置に装着されて、前記コイルから前記チャンバへ磁場を結合するように適合されており、前記コイルが前記窓の近くに装着されるときに、前記短絡巻回が前記巻線と前記窓の間に挿入される、請求項１から２３のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２３のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２５】
前記短絡巻回が、（ａ）前記巻線のそれぞれの最外部に結合され、かつ（ｂ）前記コイルの中心を包囲する、請求項１から２４のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２４のいずれかに記載の組合せ。
【請求項２６】
前記巻線のそれぞれの、隣接巻回間の間隔が異なる、請求項６または請求項６に従属するいずれかの請求項に記載のコイル、または請求項６に従属するいずれかの請求項に記載の組合せ。
【請求項２７】
前記コイルの周辺部分にある各巻線の部分の隣接巻回間の間隔が、前記コイルの内側部分にある各巻線の部分の隣接巻回間の間隔と異なる、請求項２６に記載のコイルまたは組合せ。
【請求項２８】
前記間隔が、内側部分よりも周辺部分において小さい、請求項２６または２７に記載のコイルまたは組合せ。
【請求項２９】
前記間隔が、内側部分よりも周辺部分において大きい、請求項２６または２７に記載のコイルまたは組合せ。
【請求項３０】
前記巻線上の異なる点に結合された両側端を有する別個の回路要素をさらに含み、前記別個の回路要素が、同一巻線の異なる位置に異なる電流を流すための、（ａ）タイプであり、（ｂ）ある値を有し、かつ（ｃ）接続を有する、請求項６に従属するいずれかの請求項に記載のコイルまたは、請求項６に従属するいずれかの請求項に記載のその組合せ。
【請求項３１】
前記回路要素のそれぞれが、同一のＲＦ電圧を有するように適合された巻線上の対応する等電位点間にオーム接続されたキャパシタを含み、同時に励振端子がＲＦ励振源に接続されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記短絡巻回が、前記少なくとも１つの巻線と同一平面にない、請求項１から２１または２３から３１のいずれかに記載のコイル、または請求項１１から２１または３１のいずかに記載の組合せ。
【請求項３３】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子に並列に接続された複数の多重巻回巻線であって、それぞれがコイルの内側部分と周辺部分の間に概して半径方向かつ円周方向に延びる前記巻線と、前記多重巻回巻線の少なくともいくつかに結合されて、コイルのセグメントから発生する磁場を、コイルの直近または内部の領域から減結合する回路要素とを備える、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項３４】
前記コイルの直近の領域が、コイルの最内部の内側にある、請求項３３に記載のコイル。
【請求項３５】
前記コイルの直近の領域が、コイルの最外部の外側にある、請求項３３または３４に記載のコイル。
【請求項３６】
前記領域が、コイル内部で、コイルの内側部分と周辺部分の間にある、請求項３３から３５のいずれかに記載のコイル。
【請求項３７】
前記回路要素が、短絡巻回を備える、請求項３３から３６に記載のコイル。
【請求項３８】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子の間に並列に接続された複数の多重巻回巻線であって、それぞれがコイルの内側部分と周辺部分の間に概して半径方向かつ円周方向に延びる前記巻線とを備え、コイルに近接し、かつその周辺の巻線の部分の隣接券回間の間隔が、コイルに近接し、かつその内側部分の隣接巻回間の間隔よりも小さい、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項３９】
前記多重巻回巻線のそれぞれが、アルキメデス螺旋構成を含む、請求項３８に記載のコイル。
【請求項４０】
前記多重巻回巻線が、互いに交互配置されている、請求項３８または３９に記載のコイル。
【請求項４１】
前記多重巻回巻線のそれぞれが、異なるピッチを有する第１および第２の接合アルキメデス螺旋構成を含む、請求項３８または４０のいずれかに記載のコイル。
【請求項４２】
加工物をプラズマで処理するために配設されたＲＦ励振回路と真空チャンバとを含むプラズマ処理装置と組み合わせたコイルであって、前記真空チャンバは窓を有し、前記コイルは、前記窓を介して磁場および電場を前記チャンバ内部に結合するために、前記窓に近接して前記チャンバの外側に装着されており、前記ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子が、前記第１および第２の励振端子に接続されている、請求項３８から４１のいずれかに記載のコイル。
【請求項４３】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子に並列に接続された複数の多重巻回巻線であって、それぞれがコイルの内側部分と周辺部分の間に概して半径方向かつ円周方向に延びる前記巻線と、前記巻線上の第１および第２の点にそれぞれ結合された対向する端を有する別個の回路要素であって、同一巻線の異なる位置に異なる電流を流すための、（ａ）タイプであり、（ｂ）ある値を有し、かつ（ｃ）接続を有する前記別個回路要素とを備える、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項４４】
前記巻線に結合された短絡巻回をさらに含む、請求項４３に記載のコイル。
【請求項４５】
各巻線に結合された回路要素が、それぞれの巻線の１つとだけ関連するインピーダンス要素を含み、各インピーダンス要素が、それが関連する巻線の第１および第２の点にそれぞれオーム接続された、両側の第１および第２の端子を有する、請求項４３または４４に記載のコイル。
【請求項４６】
複数がＫに等しく、かつ回路要素の数がＫに等しく、各回路要素は、両側に位置する第１および第２の端子を有し、それぞれの回路要素の第１の端子は、端子がＲＦ励振源に接続されている間に、同一の第１のＲＦ電位を有するように適合された巻線上の前記第１の点にオーム接続されており、前記それぞれの回路要素の第２の端子は、端子がＲＦ励振源に接続されている間に、同一の第２のＲＦ電位を有するように適合された巻線上の第２の点にオーム接続されている、請求項４３から４５のいずれかに記載のコイル。
【請求項４７】
各回路要素が、前記巻線の１つとだけ関連しており、各回路要素の第１および第２の端子は、それが関連する巻線の第１および第２の点にオーム接続されている、請求項４３から４６のいずれかに記載のコイル。
【請求項４８】
前記多重巻回巻線のそれぞれが、螺旋状構成を有し、前記多重巻回巻線が互いに交互配置されている、請求項４３から４７のいずれかに記載のコイル。
【請求項４９】
加工物をプラズマで処理するために配設されたＲＦ励振回路と真空チャンバとを含むプラズマ処理装置と組み合わせたコイルであって、前記真空チャンバは窓を有し、前記コイルは、前記窓を介して磁場および電場を前記チャンバ内部に結合するために、前記窓に近接して前記チャンバの外側に装着されており、前記ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子が、前記第１および第２の励振端子に接続されている、請求項４３から４８のいずれかに記載のコイル。
【請求項５０】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための、第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子に並列に接続された複数の多重巻回アルキメデス螺旋巻線とを含み、前記巻線のそれぞれの巻回が、コイルの内側部分と周辺部分の間に概して半径方向かつ円周方向に弓形に延びており、前記巻線の少なくとも１つが複数のピッチを有する、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項５１】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための、第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子に接続された少なくとも１つの多重巻回アルキメデス螺旋巻線とを含み、前記少なくとも１つの巻線の巻回が、コイルの内側部分と周辺部分の間に概して半径方向かつ円周方向に弓形に延びており、前記少なくとも１つの巻線が複数のピッチを有する、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項５２】
前記コイルの内部におけるピッチが、コイルの外部のピッチより大きい、請求項５０または５１に記載のコイル。
【請求項５３】
前記コイルの外部におけるピッチが、コイルの内部のピッチより大きい、請求項５０または５１に記載のコイル。
【請求項５４】
前記巻線のそれぞれが、複数のピッチを有する、請求項５０または５１に記載のコイル。
【請求項５５】
各巻線の前記セグメントの第１および第２が、それぞれ極座標において、θがθ1からθ2よりいくぶん小さい角度までのθに対してＲ＝ｋ1θによって、またθ2よりいくぶん大きい角度からθ＝θ3までのθに対してＲ＝ｋ2θによって表され、ここでＲは各巻線のコイル中心からの半径方向の距離であり、θはラジアンで表した巻線回りの角度であり、ｋ1≠ｋ2であり、かつθ2よりいくぶん小さい角度からθ2よりいくぶん大きな角度の間のＲは、θ2における第１および第２の部分の傾斜が同じになるようにされている、請求項５０から５４のいずれかに記載のコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはプラズマ処理装置コイル及びプラズマ処理装置に関する。本発明の一態様は、回路要素、好ましくは短絡巻回（ｓｈｏｒｔｉｎｇ  ｔｕｒｎ）と組み合わせて、磁場を実質的にコイルの一セグメントに閉じ込めるコイルに関する。本発明の別の態様は、コイルの周辺部における隣接巻回間の間隔が、コイルの内側部分における隣接巻回間の間隔と異なるコイルに関する。本発明のさらに別の態様は、コイルの第１および第２の励振端子に並列に接続された複数の多重巻回巻線を含み、それぞれの巻線上の一対の点に接続された、別個の回路要素と組み合わせたコイルであって、回路要素が、同一の巻線の異なる部分に異なる電流が流れるようにするためのタイプであるとともに、そのための値と接続が与えられる、前記コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年９月１４日出願のＧａｌａｘｙ  ＴＣＰ  Ｃｏｉｌという名称の、公に譲渡された同時係属中の米国特許仮出願第６０／３２２，５８１号の継続出願の一部である。
【０００３】
真空チャンバ内で加工物をＲＦプラズマで処理する１つのタイプの処理装置に、ＲＦ発生源に応答するコイルがある。このコイルは、ＲＦ発生源に応答して、チャンバ内の気体をプラズマに励起する磁場と電場を生成する。通常、コイルは平面状であり、処理加工物の平面状の水平に延びる表面に概して平行な方向に延びる、誘電体窓の外表面上にあるか、それに隣接している。別の選択肢として、および／または追加としては、コイルはドーム形であり、窓がドーム形または平面状である。励起されたプラズマは、チャンバ内の加工物と相互作用して、加工物のエッチング、修正、または加工物への材料の堆積、すなわち処理を行う。加工物は、通常、円形の平坦表面を有する半導体ウエハ、または固体誘電体プレート、例えばフラット・パネル・ディスプレイに使用される長方形ガラス基板、または金属プレートである。
【０００４】
オグル（Ｏｇｌｅ）の米国特許第４，９４８，４５８号は、上記の結果を達成するための多重巻回螺旋コイルを開示している。この螺旋は、概してアルキメデス型であり、インピーダンス整合回路網を介してＲＦ発生源に接続された、その内部端子および外部端子の間で、半径方向かつ円周方向に延びている。このような一般的なタイプのコイルは、磁場成分および電場成分を有する発振ＲＦ場を生成し、これが誘電体窓を貫通してプラズマ・チャンバ内の窓に近いプラズマの部分にある気体中の電子を加熱する。発振ＲＦ場は、プラズマ内の電子を加熱する電流を、プラズマ中に誘起する。窓に近いプラズマ部分における磁場の空間分布は、コイルの各巻回による磁場成分、およびプラズマに誘起される電流を含むその他の電流によって生成される個々の磁場成分の、合計の関数である。それぞれの巻回によって生成される磁場成分は、それぞれの巻回におけるＲＦ電流の大きさの関数であり、このＲＦ電流は、ＲＦ発生源の周波数における、コイルに沿った減衰、インピーダンスおよび伝送線路効果のために、巻回によって異なる。
【０００５】
オグル特許（Ｏｇｌｅ’４５８  ｐａｔｅｎｔ）によって開示され、かつそれに基づく螺旋設計においては、螺旋コイル内のＲＦ電流は、窓に近いプラズマの部分に、トロイダル形状の磁場を生成するように分布し、この窓が、気体が電力を吸収して気体がプラズマに励起される場所である。１．０から１０ミリトル（ｍＴｏｒｒ）の範囲の低圧において、リング形領域からのプラズマの大局拡散によって、実質的に均一なプラズマ密度が加工物の直上で生成される。１０から１００ミリトル範囲の中間圧力範囲においては、プラズマ密度は、コイルと同軸である加工物の中心上方で最高になる傾向がある。１００ミリトルを超える高圧においては、プラズマ中の電子、イオンおよび中性子の気相衝突によって、トロイダル生成領域の外部でプラズマ帯電粒子の拡散が低下する。その結果、加工物と同軸かつその上にあるトロイダル領域内では比較的高いプラズマ束となるが、加工物の中心および周辺部分の上方では低いプラズマ束となる。
【０００６】
このような異なる動作条件によって、トロイドとその内部および外部の空間の間で、プラズマ束（すなわち、プラズマ密度）に実質的に大きな変動が生じ、その結果として、加工物状に入射するプラズマ束に実質的に不均一な空間分布が生じる。この加工物に入射するプラズマ束の実質的に不均一な空間分布は、不均一な加工物処理をもたらす傾向がある、すなわち加工物の異なる部分が、異なる程度にエッチングされ、かつ／または異なる量の分子がその上に堆積される。
【０００７】
オグル（Ｏｇｌｅ）型コイルによって生成されるプラズマの不均一性を改善する、多くのコイルが設計されており、例えば次の米国特許を参照されたい。第５，５２５，１５９号（Ｈａｍａ）、第５，５５８，７２２号（Ｏｋｕｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，５８９，７３７号（Ｂａｒｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，７１１，８５０号（Ｏｋｕｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．）、５，７１６，４５１号（Ｈａｍａ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，７３１，５６５号（Ｇａｔｅｓ）、第５，７５９，２８０号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ）、第５，９１９，３８２号（Ｑｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，８００，６１９号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，８７４，７０４号（Ｇａｔｅｓ）、第５，９７５，０１３号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，０２７，６０３号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，０２８，２８５号（Ｋｈａｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，１８４，４８８号（Ｇａｔｅｓ）、第６，２６８，７００号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，２２９，２６４号（Ｎｉ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，２９７，４６８号（Ｑｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，１６４，２４１号（Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．）、および第６，０２８，３９５号（Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．）である。これらの先行技術特許において、コイルは、コイルの一対の励振端子間に並列に接続された、複数の巻線を含む。この複数の巻線は、いくつかの特許においては、それぞれコイルの最外部と最内部の第１と第２の励振端子の間で半径方向および円周方向に延びる、交互配置（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）された、実質的に同平面の螺旋である。
【０００８】
このような広範な研究にもかかわらず、コイル励振された真空プラズマ・チャンバ内の加工物上で均一なプラズマ密度を達成することにおいては、なお改善の余地がある。これらの特許のいずれも、コイルの一部分で始まる磁場を、（１）コイルの他の部分で始まる磁場、（２）各巻線の最内側巻回の内側の領域、または（３）各巻線の最外側巻回の外側の領域から分離することは考慮していない。一対のコイル励振端子間に並列に接続された複数の巻線を有する、これらのコイルのほとんどにおける構成では、加工物の中心におけるプラズマ密度が、加工物中心を超える加工物部分におけるプラズマ密度よりも実質的に高くなっている。Ｈｏｌｌａｎｄらは、米国特許第５，８００，６１９号および同第５，９７５，０１３号において、複数のインターレースされた（すなわち交互配置された）、実質的に同平面にある平行螺旋巻線の中心にある金属ディスクを開示しているが、このＨｏｌｌａｎｄらの金属ディスクの目的は、整合回路網とコイル内部および外部端子との間に接続されているリード線（ｌｅａｄ）内を流れる電流に伴う磁場を、コイルの他の部分から分離することである。
【０００９】
Ｏｋｕｍｕｒａらの米国特許第５，５５８，７２２号および同第５，７１１，８５０号は複数の渦巻き（ｈｅｌｉｃａｌ）放電要素を含む渦巻きコイルを開示しており、この渦巻きコイルは、等間隔で円周方向に配設されて、その結果、渦巻き巻線の両端が第１および第２の環状コイルに接続されており、この環状コイルは、それぞれ高周波電源および接地に接続されている。前記の‘７２２号特許および‘８５０号特許も、環状コイルに接続された螺旋放電コイル要素と、環状コイルから外側に接続された普通螺旋コイルとを含む、多重螺旋型コイルを開示している。明らかに、螺旋放電コイル要素の内部の共通端子は、整合回路網の１つの出力端子に接続され、普通螺旋コイルの端は、接地されている。‘７２２号特許の別の構成には、環状コイルに接続された内端を有する多重螺旋型コイルがある。普通螺旋コイルは、環状コイルから内側方向に接続されている。明らかに、この構成の中心における普通螺旋コイルの端は、整合回路網の１つの出力端子に接続され、この構成の周辺の多重螺旋型コイルの端は接地されている。‘７２２号特許は、その環状コイルがシールド機能または磁場分離機能を果たすことを示していない。実際に、渦巻きコイル構成の外側および内側には、‘７２２号特許の螺旋コイル構成の外側および中心と同様に、かなりな磁場が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の一目的は、真空プラズマ処理装置用の新規な改良型コイルを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、一対のコイル励振端子間に並列に接続された多重巻線を有する新規改良型コイルであって、コイルの一部で発生したＲＦ磁場が、コイルの他の部分、および／またはコイルの最内部内の領域、および／またはコイルの最外部部分を越えて発生したＲＦ磁場と、実質的に減結合されているコイルを、真空プラズマ処理装置に提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、一対のコイル励振端子間に並列に接続された多重巻線を有する新規な改良型コイルであって、巻線の巻回が、巻線の異なる部分に結合された磁場が異なる磁束密度を有し、比較的均一な密度を有する加工物処理プラズマを提供するのを支援するように配設されているコイルを、真空プラズマ処理装置に提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、一対のコイル励振端子間に並列に接続された多重巻線を有する新規な改良型コイルであって、巻線に接続された回路要素が、巻線の異なる部分が異なる磁束密度を有する磁場をプラズマに結合して、比較的均一な密度を有する加工物処理プラズマを提供するのを支援するコイルを、真空プラズマ処理装置に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、プラズマ処理装置用のコイルは、（１）複数のＲＦ励振回路出力端子への接続のための複数の励振端子と、（２）コイル励振端子に並列に接続された複数の多重巻回巻線であって、巻線のそれぞれが、コイルの内部と周辺部分との間に概して半径方向かつ円周方向に延びる多重巻回巻線と、（３）コイルの１つのセグメントの磁場が、別の領域に結合されるのを実質的に防止する、インピーダンス要素、好ましくは短絡巻回とを備える。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、短絡巻回は、コイルの最内部の内側、またはコイルの最外部の外側、またはコイルの内部と外部の間に位置する。短絡巻回は、コイル励振端子に接続されたコイルの巻線にオーム接続するか、またはフロートさせる、すなわちコイルの他の部分にリアクタンス結合だけをすることができる。短絡巻回がコイルに接続されるときは、短絡巻回は、コイルに含まれる交互配置巻線の類似部分に接続される。短絡巻回をコイルの最内側巻回に接続することによって、コイルの最内側巻回内での放電傾向が実質的に低減される。ＲＦ励振回路によって導出されるＲＦに対する短絡巻回のＲＦインピーダンスは、ＲＦ電圧が巻回に接続された各巻線のそれぞれの類似の部分において、実質的に同じであるのが好ましい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、（１）ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、（２）第１および第２の励振端子間に並列に接続された複数の多重巻回巻線を備え、各巻線が、コイルの内部と周辺部の間で、概して半径方向および円周方向に延びるとともに、コイルに近接し、かつその周辺の巻線の部分の隣接券回間の間隔が、コイルに近接し、かつその内側部分の隣接巻回間の間隔よりも小さい、プラズマ処理装置に関する。このような配設によって、加工物が処理されるチャンバの中心における磁束およびプラズマ密度が低減されることになる。
【００１７】
Ｈｏｌｌａｎｄらの米国特許第６，０２８，３９５号および同６，２６８，７００号は、励振端子間に並列に接続された複数の螺旋状巻線を有し、この巻線がコイルの異なる部分において異なるピッチを有するプラズマ処理装置コイルを開示している。しかしながら、これらのＨｏｌｌａｎｄらの特許におけるコイルは、コイルおよび加工物の中心における過剰な磁束およびプラズマ束に関係するものではない。そうではなく、その逆に、これらのＨｏｌｌａｎｄらの特許におけるコイルは、コイルおよび加工物の中心において磁束およびプラズマ束が増加するように設計されている。これらのＨｏｌｌａｎｄらの特許においては、コイルの中心部分の巻線のピッチは、コイルの周辺部の巻線のピッチよりも狭くなっている。
【００１８】
本発明のさらなる態様は、（１）ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、（２）第１および第２の励振端子間に並列に接続された複数の多重巻回巻線であって、それぞれの巻線が、コイルの内部および周辺部分の間で概して半径方向かつ円周方向に延びる多重巻回巻線と、（３）それぞれの巻線上の一対の点にそれぞれ接続された別個の回路要素であって、同一の巻線の異なる部分に流れる電流が異なるようにするためのタイプであり、かつそのための値と接続を有する別個の回路要素とを備える、プラズマ処理装置コイルに関する。通常、各回路要素は、各巻線の最内部と、各巻線の中間点との間に並列に接続されたキャパシタを備える。
【００１９】
Ｇａｔｅｓの米国特許第５，７３１，５６５号は、多重巻回を含む単一巻線を有するコイルを開示ししており、このコイルにおいては、単一巻線の内側巻回は、調整可能キャパシタによって分流されている。このキャパシタは、キャパシタがない場合には内側巻回を流れることになる電流を低減する。キャパシタの値を変更することによって、内側巻回中を流れる電流が変化して、コイルの内側巻回の下方のチャンバ領域においてプラズマが生成される速度が変化する。しかしながら、‘５６５特許の装置は、単一の巻線だけを有するので、‘５６５特許のプラズマ密度均一性は、コイル励振端子間に並列に接続された複数の巻線に接続された回路要素によって達成されるものよりも、実質的に低い。さらに、複数の巻線を有するコイルの、複数の巻線間を接続する、キャパシタのような回路要素は、コイルがプラズマに供給する磁束の空間関係を制御しやすいという利点があり、加工物に対するプラズマ密度の空間関係に対して制御がしやすくなる。例えば、各巻線上の対応する対称点間に回路要素を接続することによって、磁束における対称的な変化を生成することができる。しかしながら、ある特定の状況によって非対称磁束関係が保証される場合には、異なる巻線に対応する回路要素を、互いに異なる空間関係を有する異なる巻線上の点に接続することができる。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、第１および第２のコイル励振端子に並列に接続された、複数の多重巻回巻線を有するプラズマ処理装置コイルに関し、このコイルにおいては、それぞれの巻線の巻回は、コイルの内側部分と周辺部分の間で概して半径方向および円周方向に弓形に延びており、巻線の少なくとも１つが、複数のピッチを有する。特定の第１および第２の実施形態においては、コイルの内部のピッチは、コイルの外部のピッチより大きいか、またはその逆である。好ましくは、多重巻回巻線は交互配置されており、それぞれの巻線は、複数の接合部分を有し、この接合部分は、（１）異なるピッチ、（２）実質的に同一の構成、および（３）コイルの中心点に対して対称である、近似的にアルキメデス螺旋である。異なるピッチのアルキメデス螺旋は、巻線を１つだけ有するコイルに組み込むこともできる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、アルキメデス螺旋の第１および第２の部分は、それぞれ実質的に極座標において、θ1からθ2よりいくぶん小さい角度までのθについてＲ＝ｋ1θにより、θ2よりいくぶん大きな角度からθ3に等しいθについてＲ＝ｋ2θによって表され、ここでＲは、コイルの中心からの巻線の半径方向距離であり、θはラジアンで表した巻線の回りの角度であり、ｋ1≠ｋ2であり、かつθ2よりいくぶん小さな角度からθ2よりいくぶん大きな角度の間のＲは、θ2における第１および第２の部分の傾きが同一となるようにされ、θ1は、通常は巻線の中心に近いθ2より小さい巻線上の点であり、θ3は、通常巻線中心から遠い、θ2より大きい巻線上の点である。
【００２２】
本発明の、上記およびさらに別の目的、特徴および利点は、いくつかの具体的な実施形態の詳細な説明を、特に添付の図面と合わせて考慮すれば、明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好ましい実施形態のコイルを含む、真空プラズマ処理装置の概略図である。
【図２】コイルが、コイルの巻線の最内側巻回にオーム接続された短絡巻回を含む、本発明によるコイルの第１の実施形態を示す上面図である。
【図３】コイルが、巻線の長さに沿って異なる部分において異なるピッチを有する巻回を備える、螺旋巻線を含む、本発明によるコイルの第２の実施形態を示す上面図である。
【図４】図３のコイルを含むコイル組立体の斜視図である。
【図５】コイルが中間および周辺短絡巻回を含む、図３のコイルの修正形態を示す底面図である。
【図６】図５に示すコイルの中心部分の拡大底面図である。
【図７】一対の対称配設されたキャパシタと組み合わせた図２のコイルの上面図である。
【図８】コイルが、コイルの巻線の最内側巻回にリアクタンス結合だけをした短絡巻回を含む、本発明によるコイルのさらなる実施形態を示す上面図である。
【図９】本発明によるコイルの別の実施形態を示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示す加工物処理装置は、真空プラズマ処理チャンバ組立体１０、チャンバ組立体１０内の気体をプラズマ状態に励起するためのコイルを駆動する励振回路１２、チャンバ組立体１０内の加工物保持装置にＲＦバイアスをかけるための第２の回路１４およびチャンバ組立体１０内のプラズマに影響を与えるデバイス用の制御信号を導出するための、チャンバ組立体１０に関連する様々なパラメータ用のセンサに応答するコントローラ装置１６を含む。コントローラ１６は、チャンバ１０に関連する様々なセンサとともに、回路１２および１４ならびに、例えば、キーボードの形態とすることのできるオペレータ入力２２からの信号に応答するマイクロプロセッサ２０を含む。マイクロプロセッサ２０は、ハードディスク２６、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２８および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３０を含むメモリ・システム２４と結合されている。マイクロプロセッサ２０は、それに供給される様々な信号に応答して、通常のコンピュータ・モニタとすることのできるディスプレイ３２を駆動する。
【００２５】
ハードディスク２６およびＲＯＭ３０は、マイクロプロセッサ２０の動作を制御するプログラム、およびチャンバ１０内で実行される処理に対する異なる処方に関連する事前設定データを記憶する。この異なる処方は、とりわけ、異なる処理中にチャンバ組立体１０に供給される気体種および流速、回路１２および１４に含まれるＲＦ発生源の出力電力、チャンバ１０内部に供給される真空、回路１２、１４の整合回路網に含まれる可変リアクタンスの初期値に関係する。
【００２６】
加工物５４を処理するためのプラズマ・チャンバ組立体１０は、金属製の非磁性円筒側壁４２、壁４２の上方に延びる非磁性金属シールド・カラー４３、および金属製の非磁性底板４４を有するチャンバ４０を含み、これらのすべては電気的に接地されている。誘電体、一般的には水晶の窓４６が、壁４２の上縁とカラー４３の間に固定して設置されている。壁４２、プレート４４および窓４６は、適当なガスケットによって剛直に互いに連結されており、チャンバ４０内部で真空の生成を可能にする。コイル組立体４８は、並列に接続された複数の交互配置螺旋巻線を含む、平面プラズマ励振コイルを備える。組立体４８のコイルは、窓４６の上面にいくぶん近く、またはその上に、つまりチャンバ４０の外側に設置されている。コイル４６は、磁場および電場をチャンバ４０内部にリアクタンスとして供給し、図１に参照番号５０で模式的に示すように、チャンバ内の気体をプラズマに励起する。
【００２７】
底板４４の上表面は、加工物５４用の加工物保持装置５２を支持し、この加工物は、組立体４８のコイルの好ましい実施形態に対しては、通常は円形半導体ウエハである。その他のコイル構成に対しては、加工物５４は、フラット・パネル・ディスプレイに使用されるような長方形の誘電体プレートまたは金属プレートとすることもできる。加工物保持装置５２は、通常、金属プレート電力５６を含み、この電極は誘電体層５８を支持するとともに、誘電体層６０の上に位置し、この誘電体層６０は基台４４の上面に支持される。加工物搬送機構（図示せず）によって、加工物５４を誘電体層５８の上面に配置する。加工物５４は、適当な供給源６２からのヘリウムを導管６４および電極５６内の溝（図示せず）を介して誘電体層５８の下側に供給することによって、冷却されている。加工物５４を誘電体層５８に配置した状態で、ＤＣ電源６６が、適当な電圧を、スイッチ（図示せず）を介して電極５６に供給し、加工物５４を保持装置、すなわちチャック５２で締め付け、すなわちチャックにかける。
【００２８】
加工物５４をチャック５２に固定した状態で、１種または２種以上のイオン化可能気体が、１つまたは複数の供給源６８から、導管７０および側壁４２のポート７２を介して、チャンバ４９内部に流れ込む。便宜上、図１には１つの気体供給源６８だけを示してある。導管８４によってチャンバ４０の基台４４内のポート８２に接続された真空ポンプ８０が、チャンバの内部を好適な圧力、通常は０．１〜１０００ミリトルの範囲まで、真空に引く。
【００２９】
コイル４８を駆動するための励振回路１２は、好ましくは、２〜４ＭＨｚの範囲の周波数を有する、ＲＦ発生源１００を含む。発生源１００の周波数およびコイル４８の巻線の長さは、好ましくは、それぞれの巻線が、発生源の波長の約１／８未満になるようにして、巻線内に伝送線路効果が実質的になく、かつ各巻線の両端の電圧、およびそれに沿った電圧が実質的に直線的に変化するようにする。発生源１００は、通常は１００から３０００ワットの範囲にある出力電力を有する、可変ゲイン電力増幅器１０２を駆動する。１つの実装においては、増幅器１０２は、一般に５０オーム出力インピーダンスを有し、これらのすべては抵抗性であり、そのいずれもリアクタンス性ではない。したがって、増幅器１０２の出力端子に振り返って見たインピーダンスは、一般に（５０＋ｊ０）オームによって表される。
【００３０】
任意特定の処方に対して、メモリ・システム２４は、増幅器１１２の所望の出力電力に対する信号を記憶する。メモリ・システム２４は、マイクロプロセッサ２０を経由して増幅器１０２に、所望の増幅器１０２の出力電力に対する信号を供給する。増幅器１０２の出力電力は、メモリ・システム２４に記憶された信号に応答してオープン・ループ方式で制御するか、または増幅器１０２の出力電力の制御を、閉ループ・フィードバックフィードバック方式とすることができる。
【００３１】
増幅器１０２の出力電力は、通常はケーブル１０６および整合回路網１０８を介して、組立体４８のコイルを駆動する。整合回路網１０８は、それぞれ可変キャパシタ１１２および１１６を含む２つの直列区間（ｌｅｇ）、ならびに固定キャパシタ１１４を含む分流区間を含む、「Ｔ」構成を有するのが好ましい。コイル組立体４８は、それぞれキャパシタ１１２の１つの電極と、接地された第２の電極を有する可変直列キャパシタ１２６の第１の電極とに接続された、入力および出力端子１２２および１２４を含む。端子１２４は、接地に直接接続することも可能であること、または端子１２２、１２４を、整合回路網１０８によって駆動される１次巻線を有する変圧器の２次巻線によって駆動することもできることを理解すべきである。従来型の整合回路網を含むか、または含まない、その他の配設によって、コイルをＲＦ発生源に接続することもできることを理解すべきである。
【００３２】
コイル４８の平行巻線は、端子１２２および１２４を流れる電流によって駆動される。巻線のＲＦインピーダンスは、ほぼ同じであり（好ましくは非常に近く）、その結果、端子１２２および１２４を通過する電流が、異なる巻線にほぼ等しく分割される。コントローラ２４は、それぞれ、端子１２２および１２４でのＲＦ電圧を監視するために接続されている電圧プローブ１２７および１２８によって導出された信号に応答する。コントローラ２４は、プローブ１２７および１２８の信号に応答して、キャパシタ１２６のキャパシタンスを変化させるステップ・モータ１２９を制御し、それによってバランスのとれた動作モードにおいては、端子１２２および１２４におけるＲＦ電圧は、実質的に同一の絶対値だが、逆の極性となる。
【００３３】
電気モータ１１８および１２０は、好ましくはステップ型であり、マイクロプロセッサ２０からの信号に応答して、キャパシタンス１１２および１１６の値を、比較的小さな増分で制御し、増幅器１０２の出力端子からケーブル１０６の中へと見たインピーダンスと、ケーブル１０６を増幅器１０２の出力端子へと見たインピーダンスと間のインピーダンス整合を維持する。
【００３４】
電極５６を介してＲＦバイアスを加工物５４にかける回路１４は、回路１２と類似の構造を有する。回路１４は、通常は一定周波数、例えば４００ｋＨｚ、２．０ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚを有する、ＲＦ発生源１３０を含む。発生源１３０の一定周波数出力は、可変ゲイン電力増幅器１３２を駆動し、この増幅器は、ケーブル１３６および整合回路網１３８を含む、カスケード式配設を駆動する。モータ１４８および１５０は、それぞれ、整合回路キャパシティ１４２および１４６の値を、マイクロプロセッサ２０からの信号に応答して変化させる。
【００３５】
整合回路網１３８の出力端子１５２は、直列結合キャパシタ１５４によって、ＲＦバイアス電圧を電極５６に供給し、直列結合キャパシタ１５４は、整合回路網１３８をＤＣ電源６６のチャッキング電圧（ｃｈｕｃｋｉｎｇ  ｖｏｌｔａｇｅ）から分離する。回路１４が電極５６にかけるＲＦエネルギーは、誘電体層５８、加工物５４および加工物とプラズマとの間のプラズマ・シースを介して、チャック５２と近接するプラズマの部分に容量結合される。ＲＦエネルギー式チャック５２は、プラズマ５０と結合して、プラズマ内にＤＣバイアス電圧を確立し、ＤＣバイアス電圧は、通常、５０〜１０００ボルトの値である。回路１４が電極５２にかけるＲＦエネルギーから生じるＤＣバイアス電圧は、プラズマ５０内のイオンを加工物５４に対して加速する。
【００３６】
マイクロプロセッサ２０は、センサ１３４に含まれる回路（図示せず）によって導出される信号に応答して、モータ１４８および１５０、ならびにキャパシタ１４２および１４６の値を、整合回路網１０８のキャパシタ１１２および１１６の制御に関して上述したのと同様の方法で制御する。したがって、センサ１３４に含まれる回路は、ケーブル１３６が増幅器１３２の出力端子に折り返す、電流および電圧とともに、折り返された電圧および電流の間の位相角を示す信号を導出する。
【００３７】
次に図面の図２を参照すると、コイル中心点１７６に対して非対称に配設された、同平面交互配置型の多重巻回螺旋の非磁性材料（例えば銅）巻線１７２および１７４を含むコイル１７０を備える、コイル組立体４８を示してある。巻線１７２および１７４の最内点１７８および１８０は、それぞれ、中心点１７６から、距離Ｒ0だけ間隔が空けられて、正反対にある。巻線１７２および１７４の最外点１８２および１８４は、それぞれ、中心点１７６から距離Ｒ1だけ間隔が空けられて、正反対にあり、それによって点１７８、１８０、１８２および１８４が、中心点１７６と交叉する共通線上に位置する。巻線１７２および１７４のそれぞれは、極座標系において式ｒ＝Ｒ0＋ａθで表される、６巻回一定ピッチのアルキメデス螺旋であり、ここでｒは、中心点１７６からどちらかの螺旋上の任意の点への距離、ａは螺旋のピッチに関係する定数、θは、各螺旋の最内点から、その特定の螺旋を回る、ラジアンで表した角度であり、６巻回螺旋のそれぞれに対して、θは０〜１２πラジアンの範囲である。「ａ」は、巻線１７２および１７４に沿ったすべての点に対して同じであるので、（１）巻線１７２の隣接する巻回間の半径方向距離は同一、すなわち一定であり、（２）巻線１７４の隣接巻回間の半径方向距離は一定であり、かつ（３）巻線１７２と巻線１７４の隣接巻回間の半径方向距離は、巻線１７２の隣接券回間または巻線１７４の隣接巻回間の半径方向距離の１／２に等しい定数である。
【００３８】
それぞれの巻線１７２および１７４の長さは、好ましくは、一定周波数ＲＦ発生源１００の波長に対して短く、例えば、発生源波長の１／８未満として、巻線１７２および１７４に伝送線路効果が実質的になく、巻線１７２および１７４の長さに沿って実質的に直線的なＲＦ電流および電圧の変化をもたらすようにする。結果的に、それぞれの巻線１７２および１７４の等価回路は、分散定数のインダクタ、キャパシタおよびレジスタによって形成されるいくつかのセクションではなく、集中インダクタおよび集中レジスタの直列結合である。そのような結果が生じるのは、それぞれの巻線１７２および１７４の代表的な長さは約１９５インチであるが、螺旋経路長が約π（Ｒ0＋Ｒ1）Ｎに等しく、ここでＮ（各巻線の巻回数）は６であり、各巻線１７２および１７４のＲ0およびＲ1がそれぞれ２および８インチである結果として、発生源１００の周波数が、例えば、２〜４ＭＨｚ範囲と比較的低いことが理由である。
【００３９】
また、コイル１７０は、好ましくは、円形の非磁性高導電率金属（例えば、銅）のＲＦ短絡巻回またはリング１８６を含み、これは、図２の実施形態においては、（１）巻線１７２および１７４と実質的に同一平面をなし、（２）中心点１７６と同軸であり、（３）半径がＲ0に等しく、かつ（４）巻線１７２および１７４の最内点にオーム接続されている。短絡巻回１８６（これは回路要素と考えることができる）は、実質的に無視できるＲＦインピーダンス、すなわち巻線１７２および１７４の実質的に等しいＲＦインピーダンスよりも大幅に小さいＲＦインピーダンスを有する。このような結果は、短絡巻回を、（１）その断面が巻線１７２および１７４の横断面の周長に等しいかそれよりも大きい周長を有し、かつ（２）その長さが、それぞれの巻線１７２および１７４の実質的に等しい長さよりもかなり短くなるように配設することによって達成される。
【００４０】
巻回１８６は、端子１８８および１９０を含み、それぞれ巻線１７２および１７４の最内点１７８および１８０、すなわち巻線１７２および１７４の類似の、または対応する空間セグメントに一致し、かつオーム接続されている。等長の非磁性金属（例えば、銅）支柱１９２および１９４は、端子１８８および１９０を、整合回路網１０８の非接地出力端子に接続された端子１２２に電気的に接続し、この整合回路網は、増幅器１０２、ケーブル１０６およびセンサ１０４を介して整合回路網に結合された発生源１００のＲＦ出力に応答する。結果的に、支柱１９２および１９４は、同じ瞬時振幅および位相を有するＲＦ電圧および電流を端子１８８および１９０に同時に供給する。ＲＦ励振回路によって導出されるＲＦ用の短絡巻回のＲＦインピーダンスは、ＲＦ電圧が前記巻線のそれぞれの対応する角度において実質的に同一になっている。言い換えると、端子１８８から角度θaだけ変位した点における巻線１７２の瞬時ＲＦ電圧および電流は、端子１９０から角度θaだけ変位した点における巻線１７４のＲＦ電圧および電流と同じである。短絡巻回１８６は、アジマス方向の等電位領域（すなわち、等電位ＲＦリング）を生成し、かつ巻回１８６内側領域における磁束誘起を最小化することによって、コイル中心、すなわち巻回１８６の内側に近接する構造に対して、アーク放電が発生する傾向を抑制する助けをする。
【００４１】
端子１８８および１９０がそれぞれ巻線１７２および１７４に流す電流は、巻線中を、巻線の最内点１７８および１８０から巻線の最外点１８２および１８４へと流れる。巻線１７２および１７４中を流れる電流に応答して、巻線のそれぞれの巻回を包囲する領域に、磁場が誘起される。誘起された磁場は、チャンバ４０内の気体と結合して、プラズマ５０が励起される。巻線１７２および１７４の長さに沿っての電圧変動が比較的低いために、巻線の隣接する巻回間の電圧差は大きくなく、巻線からチャンバ４０内の気体に結合された電場は比較的小さい。そのような電場成分は、望ましい場合には、窓４６の面に平行にフロートさせるか、または接地した静電（すなわちファラデー）シールドを組み込むことによってさらに抑制することができる。
【００４２】
支柱１９２および１９４は、同一の振幅と位相を有するＲＦ電圧および電流を端子１８８および１９０と短絡巻回１８６の実質的に無視できるＲＦインピーダンスとに同時に供給するので、短絡巻回１８６内部の領域から巻線１７２および１７４内を流れる電流から生じるＲＦ磁場の実質的な減結合が発生する。結果的に、螺旋巻線の中心内部が高磁束となる傾向は、実質的に克服されて、その結果として、円形加工物５４上に実質的に均一なプラズマ束が生成され、その中心点は、処理中にコイル中心点１７６と整列される。
【００４３】
巻線１７２および１７４の最外部１８２および１８４は、それぞれ、端子１９６および１９８と一致し、かつそれに接続されている。等長金属支柱２００および２０２は、端子１９６および１９８を端子１２４に電気的に接続し、この端子は、可変キャパシタ１２６の非接地電極に接続され、その可変キャパシタの他方の電極は接地、すなわち基準電位に接続されている。キャパシタ１２６の値は、モータ１２７（図１）によって調整されて、端子１２２および１２４における比較的低い電圧を実質的に同一に維持し、発生源１００の周波数を、発生源が駆動する負荷と共振させるのを支援する。（１）支柱１９２、１９４、２００および２０２が同じ長さであり、（２）巻線１７２および１７４が、同じ長さであり、かつ（３）巻線１７２および１７４が、互いに対称である（すなわち、巻線１７２および１７４の面内の中心点１７６を通過して延びる任意の線に対して鏡像である）ので、巻線１７２および１７４の対応する点、すなわち巻線１７２および１７４上で端子１７８および１８０から等距離にある点における電圧および電流は、同一の振幅および位相を同時に有し、これらは端子１８８および１９０における電圧および電流の振幅および位相とわずかに異なるだけである。結果的に、巻線１７２および１７４の巻回間のアーク放電発生の傾向が、実質的に防止される。
【００４４】
次に図面の図３を参照すると、コイル組立体４８のコイルの第２の実施形態を示してある。図３に示すコイル２１０は、同平面交互配置型の多重巻回螺旋、非磁性金属巻線２１２および２１４を含み、この巻線はコイル中心点２１６に対して対称に配設されている。巻線２１２、２１４の最内部点２１８、２２０は、それぞれ、中心点２１６から距離Ｒ0だけ間隔を空けられて、正反対にある。巻線２１２、２１４の最外点２２２、２２４は、それぞれ、中心点２１６から、距離Ｒ1だけ間隔を空けられて、正反対にあり、その結果、点２１６、２１８、２２０、２２２および２２４が中心点２１６と交叉する共通線上にある。（この好ましい実施形態においては、図２および図３のＲ0およびＲ1は同じである。）また、コイル２１０は、非磁性金属短絡リング２２５を含み、これは図２の金属短絡リング１８６と、実質的に同様に構築され、同一の属性を有し、かつ同一の機能を実行するとともに、巻線２１２および２１４の最内点２２２および２２４にオーム接続されている。
【００４５】
巻線２１２および２１４のそれぞれは、接合する２つの内部および外部セグメントを含み、このそれぞれは、多重巻回一定ピッチアルキメデス螺旋である。巻線２１２の内側部分は、２つの巻回２２６および２２８を含み、巻線２１４の内側部分は２つの巻回２３０および２３２を含む。巻線２１２の外側部分は、４つの巻回２３４、２３６、２３８および２４０を含み、巻線２１４の外側部分は、４つの巻回２４２、２４４、２４６、２４８、および２５０を含む。
【００４６】
各巻線２１２および２１４の螺旋は、極座標においてθが０から４πラジアンよりもいくぶん小さい角度の間の場合について式ｒ＝Ｒ0＋ｂθによって、θが４πラジアンよりもいくぶん大きい角度から１２πの間である場合に対して式ｒ＝Ｒ0＋ｃθによって表すことができ、ここで、ｒは螺旋上の任意の点の中心点２１６からの距離であり、「ｂ」は各巻線２１２および２１４の内側セグメント、すなわちθ＝０から４πラジアンよりやや小さい角度までの螺旋のピッチに関係する定数であり、「ｃ」は各巻線２１２および２１４の外側セグメント、すなわちθが４πよりもいくぶん大きい値からθ＝１２πラジアンまでの螺旋のピッチに関係する定数であり、θは、巻線２１２および２１４の６つの巻回螺旋０≦θ≦１２π、のそれぞれに対して、各螺旋の最内点からその特定の螺旋の回りのラジアンで表した角度である。巻回２２６〜２３２のピッチは巻回２３４〜２５０のピッチよりも大きいので、ｂの値はｃの値よりも大きい。結果的に、隣接する巻回２２６〜２３２間の半径方向距離は、隣接巻回２３４〜２５０間の等半径方向間隔に等しいか、それよりも大きい。
【００４７】
巻線の内側部分と外側部分の間で遷移が起こる領域、すなわちθが４πからいくぶん小さい値から４πよりいくぶん大きい値までの領域においては、巻線２１２および２１４の形状は、式によって与えられる実質的なアルキメデス螺旋関係から逸脱し、その結果としてθ＝４πにおいて接合する巻線部分の勾配は同じとなる。結果として、巻回２２８から巻回２３４まで、キンクのない円滑な遷移と、巻回２３０から巻回２４２まで、キンクのない円滑な遷移がある。この円滑な遷移は、巻線の巻回間におけるアーク放電発生の可能性を低減するのに役立つ。
【００４８】
各巻線２１２および２１４の長さは、好ましくは、固定周波数ＲＦ発生源１００の波長に対して短く、例えば発生源波長の１／８以下として、巻線２１２および２１４において実質的な伝送線路効果がなく、巻線２１２および２１４の長さに沿って実質的に直線的な電流および電圧変化が生じるようにする。このような結果となるのは、巻線１７２および１７４のそれぞれのＲ0およびＲ1の代表的な値がそれぞれ２および８インチであっても、発生源１００の周波数が比較的低く、例えば２〜４ＭＨｚであることによるものである。
【００４９】
巻回２２６〜２３２の隣接する対の互いの間隔は、巻回２３４〜２５０の隣接する対よりも大きく、巻線２１２および２１４を流れる瞬時電流は巻線の長さに沿って実質的に同等であるので、巻回２３４〜２５０がチャンバ４０の中間および周辺部分に結合する磁束密度は、巻回２２６〜２３２がチャンバの内部に結合する磁束密度よりも大きい。この理由で、巻線２１２および２１４の内側部分および外側部分のピッチを違えることは、チャンバ４０の中心における磁束密度およびプラズマ密度が、チャンバ４０の中間および外部の磁束密度およびプラズマ密度よりも大きくなる傾向を克服するのに役立つ。このためには、異なるピッチと短絡リング２２５の組合せが非常に効果的である。
【００５０】
巻線２１２の最内点および最外点２１８、２２２は、それぞれ、端子２５２および２５４と一致し、かつそれにオーム接続され、同時に巻線２１２の最内点および最外点２２０、２２４は、端子２５６および２５８と一致し、かつそれにオーム接続されている。端子２５２および２５６は、それぞれ、等長の支柱１９２および１９４に接続され、これらの支柱は、端子１２４への共通の接続を有するとともに、可変キャパシタ１２６によるか、または直接接続によって接地されている。端子２５４および２５８は、それぞれ、整合回路網１０８の地下出力にある端子１２２への共通接続を有する、等長の支柱２００および２０２に接続されている。
【００５１】
次に図４を参照すると、図３のコイル２１０を含むコイル組立体４８の斜視図を示してある。コイル組立体４８は、アーム２６１〜２６４を含む、実質的に平面状で、水平に延びる電気的に絶縁された非磁性（例えばレキサン（ｌｅｘａｎ））支持構造２６０を備える。アーム２６１〜２６４は、互いに直角に延びるとともに、下向きに付けられた棒２６６を含み、この棒は、巻回の底縁が窓４６の上面のわずかに上方になるように、巻回２２６〜２５０を位置決めして保持している。この支持構造２６０のアーム２６１〜２６４は、支持構造の中心に対して対称に配設されており、支持構造の中心はコイル２１０の中心点２１６と垂直に整列されている。脚柱（ｐｅｄｅｓｔｒａｌ）２６８は、アーム２６１〜２６４の外端から垂下するとともに足２７０を含み、この足が、チャンバ４０の壁４３に取り付けられた水平に延びるフランジ（図示せず）に載せられて、コイル組立体４８の安定した支持をもたらす。
【００５２】
支持構造２６０の内部は、支柱１９２および１９４を保持し、これらの支柱は、等長の非磁性金属（例えば、銅）柱（ｃｏｌｕｍｎ）で形成され、この柱は、支持構造に機械的に連結されて、（１）下方には、端子２５２および２５６への電気的および機械的な接続とともに、支持構造を貫通し、（２）上方には支持構造から延びている。支柱１９２および１９４を形成する柱は、支持構造の中心から等間隔で配置されて、アーム２６２および２６４に整列されている。
【００５３】
実質的に平面状で、水平に延びる非磁性金属耳２７２が、支柱１９２および１９４を形成する柱の上端同士を電気的かつ機械的に連結している。耳２７２は、アーム２６３の端に向かい、かつ支持構造２６０の中心から離れる方向に延びる中心部分を有するとともに、下垂するタブ２７４を含み、このタブが端子１２４を形成し、この端子１２４にキャパシタ１２６の地下電極が接続されている。耳２７２および支柱１９２および１９４を形成する柱は、耳と、支柱１９２を形成する柱とを経由する、端子１２４と２５２との間の距離が、耳と、端子１９４を形成する柱とを経由する、端子１２４と２５６との間の距離に等しくなるように構築されている。このような構築は、端子２５２および２５６における電圧および電流に、同時に同一の瞬時の値と位相を与えるのに役立つ。
【００５４】
アーム２６２および２６４の外部は、支柱２００および２０２を保持し、これらの支柱は等長の金属柱として形成され、柱は支持構造２６０に機械的に連結されるとともに、（１）下方には、アームを通過して端子２５４および２５８へ接続され、（２）上方には、アームから延びている。支柱２００および２０２を形成する柱は、支持構造の中心から等間隔で配置され、それぞれ互いに整列されるとともに、支柱１９２および１９４を形成する柱とも整列されている。
【００５５】
非磁性金属（例えば、銅）脚２７６は、支柱２００および２０２を形成する柱の上端同士を電気的かつ機械的に連結している。脚２７６は、２つの外側部分２７８および２８０、２つの上方傾斜部分２８２ならびに中央の水平延長部分２８４を含み、部分２７８〜２８４がチャンバ垂直軸に対して対称になるようにされている。脚部分２７８および２８０の外端は、それぞれ、支柱２００および２０２を形成する柱の上端に、機械的かつ電気的に連結されている。端子１２２を形成するタブ２８６は、脚２７６の水平延長部分２８４の中央から上方に延びている。脚２７６と支柱２００および２０２を形成する柱とは、脚と支柱を形成する柱とを経由する端子１２２と２５４の間の距離が、脚と支柱２０２を形成する柱とを経由する端子１２２と２５８の間の距離に等しくなるように構築されている。この構築は、端子２５４および２５８における電圧および電流が、同時に同一の瞬時の値および位相をとれるようにするのに役立つ。
【００５６】
支柱１９２および１９４を形成する柱は、支柱２００および２０２を形成する柱よりもかなり短く、その結果として耳２７２は、脚２７６の他のどの部分よりも、コイル２１０の上縁を形成する面に近接する面内にある。結果的に、タブは支持構造２６０の中心部分に全体的に整列されているのにもかかわらず、タブ２７４と２８６の間、したがって端子１２２と１２４の間には大きな間隔がある。タブ２７４および２８６の場所および位置を前述のようにすることは、端子１２２および１２４における電圧および電流の交叉結合を防止するのに役立つ。支柱１９２、１９４、２００および２０２を形成する柱は、垂直、すなわちコイル２１０内を流れる電流の実質的に水平方向に対して直角に延びているので、柱内を流れる電流によって生じる磁束は、コイル内を流れる電流によって生じる磁束とは実質的に分断されている。
【００５７】
支持構造２６０および図４に示すような、支柱１９２、１９４、２００および２０２を形成する柱、ならびに耳２７２および脚２７６などの関連する構造、または図４に示すものと非常に類似する構造を、図２および５〜９の実施形態のそれぞれに示すコイルと合わせて使用するのが好ましく、また図４に示す構造は図３のコイル２１０に限定されないことを理解すべきである。
【００５８】
次に図面の図５を参照すると、コイル２９０の底面図が示してあり、これは図３のコイル２１０の修正形態である。コイル２９０はコイル２１０と同じ部品をすべて含むので、同じ参照番号を、２つのコイルの図面および説明の両方に使用する。
【００５９】
コイル２９０は、コイル２９０が中間および周辺の非磁性金属短絡巻回またはリング２９２および２９４（これらは回路要素と考えることができる）をそれぞれ含むので、コイル２１０とは異なる。短絡巻回２９２は、コイルによって短絡巻回２９２の内側のチャンバ４０の部分に結合されたＲＦ磁場が、コイルによって短絡巻回２９２の外側のチャンバ４０の部分に結合されたＲＦ磁場から実質的に絶縁されるように、配置、構築され、かつコイル２９２の残部にオーム接続されている。短絡巻回２９４は、コイルによってチャンバ４０に結合されたＲＦ磁場が、チャンバ４０の周辺を超える領域から、おおむね、分断されるように配置、構築され、かつコイル２９０の残部に接続されて、シールド４３のシールド効果を増強する。
【００６０】
巻回２９２および２９４は、コイル２９０の残部の底縁と、誘電体窓４６の上面との間に配置されて、上述の磁場減結合効果をもたらす。一配設においては、巻回２９２および２９４は、コイル２９０の残部と窓４６の間の実質的に水平な面内に位置する。この場合には、短絡巻回２９２および２９４は、（１）一対の垂直に延びる非磁性金属ポスト（図示せず）によってコイル２９０の残部にオーム接続されており、かつ（２）垂直に延びる電気絶縁ポスト（図示せず）によるとともに、金属ポストによってコイル２９０の残部に機械的に連結されており、このような金属および絶縁ポストは等長である。
【００６１】
代替選択肢としては、短絡巻回２９２および２９４は、コイル２９０の残部に、短絡巻回を金属接合、例えばはんだによって、コイルの螺旋巻線の底面の一対の正反対の点に接続することによってオーム接続する。そのような場合には、短絡巻回２９２および２９４と、コイル２９０の螺旋巻線２１２および２１４との間の遷移は、それらが電気的に接続される点において、比較的円滑である。円滑な遷移を達成するために、短絡巻回２９２および２９４と平面状に水平に延びる螺旋巻線２１２および２１４との間の垂直方向には異なる間隔があり、これは異なる長さの垂直に延びる絶縁ポスト（図示せず）を使用して短絡巻回を螺旋巻線に機械的に連結することによって達成される結果である。
【００６２】
巻回２９２および２９４を実質的に水平な面に配置することは、機械的に簡単であるという利点がある。巻回２９２および２９４は、窓４６の面に平行か、または面内にして、（１）コイルがプラズマ５０に結合する磁場と（２）プラズマ密度の方位非対称（ａｚｉｍｕｔａｌ  ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）を回避するのが好ましい。
【００６３】
短絡巻回２９２は、コイル２９０の中心点２１６と一致する中心を有する円形リングとして成形されている。図６により詳細に、コイル２９０の内側部分の拡大底面図を示すように、巻回２９２の半径は、円形短絡巻回が、巻線２１２および２１４の螺旋巻回２２８および２３２にそれぞれ重畳するようになっている。
【００６４】
短絡巻回２９２は、同一の瞬時の電圧および電流の振幅および位相を有する、螺旋巻回２２８および２３２上の点２９６および２９８において（先に述べたとおり）螺旋巻回２２８および２３２にオーム接続されており、この点はコイル２９０の巻線２１２および２１４の同じ空間セグメントにある。短絡巻回２９２と螺旋巻回２２８および２３２との間の接続点２９６および２９８は、互いに正反対に位置する。図５および６に示す特定のコイル２９０においては、短絡巻回２９２の螺旋巻回２２８への接続点２９６は、巻線２１２の最内点２１８から７／２πラジアンの角度にあり、一方、短絡巻回２９２の螺旋巻回２３２への接続点２９８は、巻線２１４の最内点２２０から７／２πラジアンの角度にある。
【００６５】
短絡巻回２９２は、短絡巻回が好ましくは巻線２１２および２１４の断面周長と同等以上（例えば、２倍の大きさ）の周長の断面、および巻線２１２および２１４のそれぞれの実質的に等しい長さよりかなり短い長さを有することによって、実質的に無視できるＲＦインピーダンス、すなわち巻線２１２および２１４の実質的に同等のＲＦインピーダンスよりもかなり小さいＲＦインピーダンスを有する。点２９６および２９８におけるオーム接続は、同一の瞬時振幅および位相を有するＲＦ電圧および電流を、点２９６および２９８および短絡巻回２９２の実質的に無視できるＲＦインピーダンスに同時に供給するので、巻線２１２および２１４内で短絡巻回２９２内部の領域から短絡巻回の外部の領域へ、またはその逆に流れるＲＦ電流によって生じるＲＦ磁場の実質的な減結合が起こる。結果的に、螺旋巻線２１２および２１４の中心において磁束が高くなる傾向は、さらに低下して、円形加工物５４上に実質的に均一なプラズマを供給するのをさらに助ける。短絡巻回２９２と同様に、中間短絡巻回は、任意の望ましい、適当な位置に配置して、コイルの異なる領域からチャンバ４０の内部への磁気結合を、望みどおりに調整することができる。
【００６６】
短絡巻回２９４は、コイル２９０の中心点２１６と一致する中心を有し、かつ巻線２１２および２１４の最外点２２２および２２４の中止点からの距離よりもわずかに大きい半径を有する、円形リングとして成形されている。短絡巻回２９４の正反対の点は、正反対の最外点２２２および２２４（すなわち、コイル２９０の巻線２１２および２１４の類似の空間セグメント）に電気的に接続され、その結果、巻線２１２および２１４によって巻回２９４の接続点に供給される電圧および電流は、同時の瞬時振幅および位相を有する。短絡巻回２９４も、短絡巻回が巻線２１２および２１４の断面周長と同等以上（例えば、２倍の大きさ）の周長の断面、および巻線２１２および２１４のそれぞれの長さよりかなり短い長さを有することによって、実質的に無視できるＲＦインピーダンスを有する。点２２２および２２４における接続は、同一の瞬時振幅および位相を有するＲＦ電圧および電流を、点２２２および２２４および短絡巻回２９４の実質的に無視できるＲＦインピーダンスに同時に供給するので、巻線２１２および２１４内で短絡巻回２９４の外部の領域から流れる電流によって生じるＲＦ磁場の実質的な減結合が起こる。
【００６７】
コイル２９０を、３つの短絡巻回２２５、２９２および２９４を含めて示したが、状況によっては、ある特定のコイルにおいて１つだけ、もしくは２つ、または４つ以上の短絡巻回を使用するのが望ましいこともあることを理解されたい。さらに、ある状況においては、短絡巻回（単数または複数）が、円形以外の構成を有することが望ましいこと、例えば楕円短絡巻回、または正方形もしくは長方形、または任意の形状として成形された短絡巻回を、任意選択で、同一の瞬時振幅および位相の電圧および電流を同時に有するコイルの異なる巻線上の点に接続して使用するのが望ましいことがある。
【００６８】
次に図面の図７を参照すると、図２のコイル１７０が、好ましくはキャパシタ３００および３０２である、等しい値の回路要素を含むように修正されている。キャパシタ３００および３０２は、その全長にわたって同一ピッチを有する巻回１７２および１７４を有するコイル１７０が、異なるピッチを有する巻回２１２および２１４を有する、コイル２１０によってチャンバ１０に結合された磁場と類似の磁場を、チャンバ４０に結合することを可能にする。一般に、キャパシタ３００および３０２の対応する電極は、対応する、巻回１７２および１７４上の等電位点に接続されて、対称の磁場を図７のコイルからプラズマ５０に結合することを可能にする。図７の特定の構成においては、キャパシタ３００の１つの電極は、螺旋巻線１７２の開始点３０４、すなわちθ＝０ラジアンの点に接続され、一方、キャパシタ３０２の一方の電極は、螺旋巻線１７４の開始点３０６、またθ＝０ラジアンの点に接続されている。点３０４および３０６は、コイル１７０の中心点１７６に対して、互いに正反対にある。キャパシタ３００の第２の電極は、巻線１７２の、第２の巻回の開始点３０８、すなわちθ＝２πラジアンの点に接続されており、同時に、キャパシタ３０２の第２の電極は、巻線１７４の第２の巻回の開始点３１０、すなわちθ＝２πラジアンである点３１０に接続されている。点３０８および３１０は、コイル中心点１７６に対して互いに正反対にある。（１）キャパシタ３００および３０２の第２の電極は、巻線１７４および１７２の対応する点に、それぞれ接続することが可能であり、（２）キャパシタ３００および３０２の第１の電極は、θ＝０以外の点で巻線１７２および１７４に接続することが可能であり、また（３）キャパシタの電極は、非対称磁場がコイルからプラズマ５０へ望みどおりに結合されている場合には、このような磁場は加工物５４上のより均一なプラズマ束を供給するのに役立つので、巻線１７２および１７４上の対応する点に接続されている必要はない、ことを理解されたい。
【００６９】
キャパシタ３００および３０２は、そうしなければ巻線１７２および１７４のそれぞれの、第１の巻回中を流れ、その電流を巻線の残りの巻回に結合することになる電流のいくらかを分流する。コイル中心点１７６に対して、キャパシタ３００および３０２の電極を対称的に配置すること、ならびにキャパシタの値を等しくすること、および巻線の第１の巻回のインピーダンスを等しくすることによって、巻線１７２および１７４の第１の巻回中にほぼ同量の電流が流れることになる。結果的に、巻線１７２および１７４の第１の巻回は、同量の磁束をチャンバ４０に結合する。キャパシタ３００および巻線１７２の第１の巻回が、巻線１７２の残りの巻回に結合する電流の合計は、キャパシタ３０２および巻線１７４の第１の巻回が、巻線１７４の残部に供給する電流の合計に実質的に等しくなる。キャパシタ３００および３０２の第２の電極が巻線１７２および１７４の第２の巻回の始点に対称に接続され、かつ巻線の残りの巻回のインピーダンスが等しいので、巻線１７２および１７４の残りの巻回中を同量の電流が流れる。結果的に、それぞれの巻線１７２および１７４によって図７のコイルによるチャンバ４０に結合される磁束は、図２のコイルによる巻線１７２および１７４のそれぞれの第１の巻回によって結合される磁束と相対的に減少して、図３のコイルによって提供されるのと同様の磁束パターンが提供される。
【００７０】
次に図８を参照すると、図２のコイルに類似のコイル１７１の上面図を示してある。図８のコイルは、中央の、円形で、リング形の非磁性金属短絡巻回１７３を含み、この巻回は、中心点１７６と同軸であり、かつコイル１７１の残部とリアクタンス結合だけをされ、すなわち短絡巻回１７３と巻線１７２および１７４のいずれかとの間にオーム接続はない。巻回１７３は、中心点１７６から巻線１７３および１７４上の最内点１７７および１７９の間隔よりも小さい外径を有する。点１７７および１７９は、互いに正反対で、中心点から等距離にある。端子１８９および１９１は、点１７７および１７９と一致しており、それぞれ支柱１９２および１９４を点１７７および１７９に接続している。短絡巻回１７３は、短絡巻回１８６と同じ絶縁または減結合機能を発揮するが、巻線１７２および１７４中に等しくない電流を生じさせる可能性がない。ここで理解すべきことは、図３および５〜７、ならびに図９に示すオーム接続された短絡リングは、コイルの残部にリアクタンス結合だけをした短絡リングに置き換えることができることである。有効な磁束除外の程度は、短絡巻回の（１）窓、（２）コイルの残部、および（３）プラズマへの近さに依存し、この近さは固定または調整可能とすることができる。短絡巻回は、コイルの一部からプラズマの異なる領域への磁場を絶縁する望ましい程度に応じて、（１）窓に近いコイルの下、（２）コイルの上方、または（３）コイルの面内に配置することができる。
【００７１】
次に添付図面の図９を参照すると、コイル組立体４８のコイルの、別の実施形態であるコイル３２０の上面図を示してある。コイル３２０は、共平面で交互配置された多重巻回螺旋の非磁性金属巻線３２２および３２４を含み、この巻線はコイル中心点１７６に対して対称に配設されている。巻線３２２および３２４の最内点１７８および１８０は、それぞれ、中心点１７６から距離Ｒ0だけ間隔を空けて、正反対の位置にある。巻線３２２および３２４の最外点１８２および１８４は、それぞれ、中心点１７６から距離Ｒ1だけ間隔を空けて、正反対に配置して、点１７６、１７８、１８０、１８２および１８４が中心点１７６と交叉する共通線上にあるようにしてある。（好ましい実施形態においては、図２、３および９のコイルについてのＲ0およびＲ1は同一である。）コイル３２０は、また、非磁性金属短絡リング１８６を含み、このリングは、図２の金属短絡リング１８６と、実質的に同様に構築されてオーム接続され、同様の属性を有し、かつ同様の機能を実行する。
【００７２】
巻線３２２および３２４のそれぞれは、２つの接合する内側および外側セグメントを含み、このセグメントのそれぞれは、多重巻回一定ピッチアルキメデス螺旋である。巻線３２２の内側部分は４つの巻回３３１〜３３４を含み、巻線３２４の内側部分は、４つの巻回３４１〜３４４を含む。巻線３２２の外側部分は２つの巻線３３５および３３６を含み、巻線３２４の外側部分は２つの巻回３４５および３４６を含む。
【００７３】
各巻線３２２および３２４の螺旋は、極座標において、巻線３２２および３２４の６巻回螺旋のそれぞれ、０≦θ≦１２πラジアンに対して、θが０から８πラジアンよりいくぶん小さい角度までのときに方程式ｒ＝Ｒ0＋ｄθで、またθが８πよりいくぶん大きい角度から１２πラジアンまでのときに式ｒ＝Ｒ0＋ｅθで実質的に表され、ここでｒはいずれかの螺旋上の任意の点の、中心点２１６からの距離であり、「ｄ」は各巻線３２２および３２４の内側セグメント内、すなわちθ＝０から８πラジアンよりいくぶん小さい角度の、螺旋のピッチに関係する定数であり、「ｅ」は各巻線３２２および３２４の外側セグメント内、すなわちθが８πラジアンよりいくぶん大きい角度からθ＝１２πラジアンの、螺旋のピッチに関係する定数であり、θは、ラジアンで表した、その特定の螺旋の回りの各螺旋の最内点からの角度である。巻回３３１〜３３４および３４１〜３４４のピッチは、巻回３３５、３３６、３４５および３４６のピッチよりも大きいので、ｅの値は、ｄの値を超える。結果的に、隣接巻回３３５、３３６、３４５および３４６間の半径方向距離は、隣接巻回３３１〜３３４および３４１〜３４４間の等しい半径方向間隔と同じか、それよりも大きい。
【００７４】
巻線の内側部分および外側部分の間の遷移を生じる領域、すなわちθが８πよりもいくぶん小さい領域、および８πよりいくぶん大きい領域においては、巻線３２２および３２４の形状は、接合巻線部分の傾斜が同じになるように方程式で与えられる実質的なアルキメデス螺旋関係から逸脱する。その結果として、巻回３３４から巻回３３５へのキンクのない円滑な遷移と、巻回３４４から巻回３４５へのキンクのない円滑な遷移がある。この円滑な遷移によって、プラズマへの磁束結合を均一化し、巻線の巻回間でのアーク放電発生の可能性を低減するのが支援される。
【００７５】
各巻線３２２および３２４の長さは、一定周波数ＲＦ発生源１００の波長に比較して短く、例えば、発生源波長の１／８以下であり、その結果、巻線３２２および３２４には実質的な伝送路効果がなく、巻線３２２および３２４の長さに沿って、実質的に直線的な電流および電圧変化を生じる。このような結果は、発生源１００がコイルに供給する波長が、巻線３２２および３２４のそれぞれの長さに対して比較的長いために生じるものである。例えば、発生源１００の周波数は２〜４ＭＨｚ範囲であり（したがって、発生源は約１００ｍの自由空間波長を有し）、各巻線１７２および１７４の長さは約５メートルである。
【００７６】
巻回３３５、３３６、３４５および３４６の隣接する対が、巻回３３１〜３３４および３４１〜３４４の隣接する対の間の間隔よりも大きな量だけ、互いに間隔を空けられており、巻線３２２および３２４中を流れる瞬時電流は、巻線全体を通して実質的に同一であるので、巻回３３１〜３３４および３４１〜３４４がチャンバ４０の内部および中間部分に結合する磁束密度は、巻回３３５、３３６、３４５および３４６がチャンバの外部に結合する磁束密度よりも大きい。このような理由で、巻線３２２および３２４の内側および外側部分のピッチが異なることが、チャンバ４０の中心部分および中間部分における磁束密度およびプラズマ密度が、チャンバ４０の外部における磁束密度およびプラズマ密度よりも小さくなる傾向を克服するのに役立つ。
【００７７】
巻線３２２の最内点および最外点１７８および１８２は、それぞれ、端子１８８と１９６と一致し、かつそれに電気的に接続されており、同時に巻線３２４の最内点および最外点１８０および１８４は、それぞれ、端子１９０および１９８と一致し、かつそれに電気的に接続されている。端子１８８および１９０は、整合回路網１０８の地下出力において可変キャパシタ１２６によって接地された等長支柱１９２および１９４にそれぞれ接続されており、この支柱は端子１２２への共通接続を有する。端子１９６および１９８は、端子１２２への共通接続を有する、等長支柱２００および２０２にそれぞれ接続されている。
【００７８】
本発明の特定の実施形態について記述かつ図示したが、具体的に図示して記述した実施形態の詳細における変更を、添付する特許請求の範囲に定義する本発明の真の主旨と範囲から逸脱することなく行うことができることは明白である。例えば、短絡巻回は、１つの巻線だけを備えるコイルにも使用することができる。また、巻回の数は、必要に応じて増大または低減することが可能であり、複数の並列巻線を有するコイルの最内部における短絡巻回へのオーム接続点は、そのオーム接続点は、互いに実質的に正反対に位置している限り、具体的に示したものと異なってもよく、例えば、短絡回路１８６へのオーム接続点は、図２、３、５〜７および９に示す接続点に対して直角位置とすることもできる。さらに、整合回路網高電圧ＲＦ出力端子が、コイルの最内点または最外点に接続されているかどうかは、通常、重要なことではない。また、コイルは３つ以上の励振端子を含み、この端子を異なるＲＦ出力端子に接続することが可能であることを理解すべきである。例えば、第１の整合回路網の第１のＲＦ出力端子を、図３の内部リング２２５の端子２５２および２５６に並列に接続し、かつ第１の整合回路網の第２の出力端子をポスト２９６および２９８に並列に接続することができ、また第２の整合回路網の第１の出力端子をポスト２９６および２９８に並列に接続し、かつ第２の整合回路網の第２の出力端子を端子２５４および２５８に並列に接続することができる。この理由で、特許請求の範囲における「第１および第２の励振端子」の用語は、単に、コイルが少なくとも２つの励振端子を有することを意味し、コイルを２つだけの励振端子を有することに限定するものではない。接地されたＲＦ出力端子を有するシングルエンド型整合回路網は、両側のコイル励振端子に接続されたプッシュ・プル出力端子を有する整合回路網で置き換えることが可能であり、この場合には、キャパシタ１２０は使用しない。インターレースされた螺旋巻線の数は、３つ以上にできること、また巻線の内部端子は、コイル中心から半径Ｒ1において、互いに２π／Ｎラジアンだけ互いに間隔を空けるのが好ましく、半径Ｒ2における巻線の外部端子は、互いに２π／Ｎラジアンだけ（Ｎはコイルの巻線の数）間隔を空けるのが好ましいことを理解すべきである。コイルが３つ以上の巻線を有し、キャパシタ３００および３０２などのインピーダンス要素を使用する場合には、そのようなインピーダンス要素の数は、通常それに対応して増加する。キャパシタ３００および３０２のような多重インピーダンス要素を、各巻線の異なる部分に分岐して結合して、各巻線のそれぞれの異なる部分に流れる電流を制御することができる。多重インピーダンス要素は、異なる電流を異なる巻線部分に流して、異なる巻線部分がプラズマの異なる領域に結合する磁場強度を制御することを可能にする。各巻線に結合された多重インピーダンス要素の値は、好ましく選択され及び／またはコンピュータが制御し、その結果、コイルのインピーダンスは、コイル励振端子を調べるとわかるように、既知のセンサの出力信号に応答して検出されるように、インピーダンス要素のすべての異なる空間構成に対してほぼ同一のまま残る。本発明の原理の多くは、（１）可変周波数ＲＦ発生源に応用可能であること、およびＲＦ発生源および整合回路網（すなわち、チューニング構成要素）を互いの直近に配置することができ、処理装置チャンバ、ＲＦ発生源との間の長いケーブルを不要にできること、また（２）５０＋ｊ０出力インピーダンスに基づかない環境に応用できることも理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月14日(2010.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子に接続するための第１および第２の励振端子と、前記第１および第２の励振端子の間に並列に接続された複数の多重巻回巻線を備えたコイルであって、前記多重巻回巻線のそれぞれがコイルの内側部分と周辺部分の間にコイルの中心に対して外へ周回して延ばして配置され、前記多重巻回巻線の周辺部分の隣接巻回間の間隔が、前記多重巻回巻線の内側部分の隣接巻回間の間隔よりも小さく設定されている、プラズマ処理装置用のコイル。
【請求項２】
前記多重巻回巻線のそれぞれが、アルキメデス螺旋構成を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置用のコイル。
【請求項３】
前記複数の多重巻回巻線の巻線がコイルの中心から外へ向かって交互に配置されている、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置用のコイル。
【請求項４】
前記多重巻回巻線のそれぞれが、異なるピッチを有する第１および第２の接合アルキメデス螺旋構成を含む、請求項１又は請求項３に記載のプラズマ処理装置用のコイル。
【請求項５】
加工物をプラズマで処理するために配設されたＲＦ励振回路と真空チャンバとを含むプラズマ処理装置と組み合わせたコイルであって、前記真空チャンバは窓を有し、前記コイルは、前記窓を介して磁場および電場を前記チャンバ内部に結合するために、前記窓に近接して前記チャンバの外側に装着されており、前記ＲＦ励振回路の両側の第１および第２の端子が、前記第１および第２の励振端子に接続されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置用のコイル。